DE19607934C1

DE19607934C1 - Reflector for two different frequency ranges

Info

Publication number: DE19607934C1
Application number: DE1996107934
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl Ing Dr Nathrath; Christian Hunscher
Original assignee: Daimler Benz Aerospace AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1996-03-01
Filing date: 1996-03-01
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2016-03-02

Abstract

The reflector has a sandwich structure with an inner carrier layer (7) and two outer carrier layers (5,6). There are similar layers (1,2,3,4) of a material, with a higher dielectric constant than the carrier layers. inserted between the carrier layers and on the outside of each outer carrier layer. The outer carrier layers have the same thickness, which corresponds to a quarter of the mean wavelength of the first frequency range. The sum of the thicknesses of one outer layer and the inner layer, correspond to three quarters of the mean wavelength of the second frequency range.

Description

Die Erfindung betrifft einen Reflektor für den Betrieb in zwei Frequenzbereichen mit einer Trägerschicht und zwei die Trägerschicht bedeckenden Deckschichten, die aus einem dielektrischem Werkstoff bestehen, wobei auf der einfallsseitigen Deckschicht eine polarisations- oder frequenzselektive Struktur angeordnet ist.The invention relates to a reflector for operation in two Frequency ranges with one carrier layer and two the carrier layer covering cover layers made of a dielectric material exist, with a polarization or frequency-selective structure is arranged.

Ein derartiger Reflektor ist aus der DE 34 02 659 A1 bekanntgeworden. Er weist auf seiner strahlungsseitigen Oberfläche frequenzselektive Strukturen auf, die in zwei verschiedenen Frequenzbereichen selektierend wirken. Der Reflektoraufbau enthält eine Trägerschicht, die aus einer Wabenstruktur besteht, die aus Hartpapier gefertigt ist. Die offenen Flächen der Wabenstruktur sind mit Deckschichten verschlossen, die aus aramidfaserverstärktem Kunststoff angefertigt wurden.Such a reflector has become known from DE 34 02 659 A1. He has frequency-selective structures on its radiation-side surface which have a selective effect in two different frequency ranges. Of the Reflector structure contains a carrier layer, which consists of a honeycomb structure consists of hard paper. The open areas of the The honeycomb structure is closed with cover layers that are made of aramid fiber reinforced plastic.

Beim Betrieb eines derartigen Reflektors tritt der Effekt auf, daß die nicht von dem polarisations- oder frequenzselektiven Strukturen bedeckten Deckschichtteile selbst unerwünschte Anteile (wie z. B. orthogonal polarisierte Wellen) der einfallenden elektromagnetischen Wellen reflektieren. In der genannten Offenlegungsschrift ist jedoch kein Hinweis angegeben, wie diese unerwünschte Reflexion unterdrückt werden kann.When such a reflector is operated, the effect occurs that it does not covered by the polarization or frequency selective structures Cover layer parts themselves undesirable parts (such as orthogonal polarized waves) of the incident electromagnetic waves reflect. However, there is no reference in the aforementioned publication indicated how this unwanted reflection can be suppressed.

Grundsätzlich ist es bekannt, das Prinzip der Interferenzauslöschung anzuwenden, wenn elektromagnetische Wellen an zwei etwa λ/4 beabstandeten Flächen reflektiert werden und sich die reflektierten Wellenanteile aufgrund der Phasenverschiebung auslöschen (vgl. DE 40 06 352 A1). Wenn dieses Prinzip angewendet wird, führt dies zu einem Reflektoraufbau, der im Frequenzbereich um 14 GHz nur etwa 6 mm Dicke aufweist. Damit können jedoch keine verwindungssteifen Reflektoren realisiert werden. Die Anwendung des Interferenzprinzips bei einem Reflektor mit einer Dicke von etwa drei Viertel der mittleren Wellenlänge wurde zu einer stabilen Reflektorbauweise führen. Die elektrischen Eigenschaften eines solchen Reflektors werden aber durch die Auslöschung der zwei reflektierten Anteile nur schmalbandig verbessert.Basically, it is known the principle of interference cancellation to be used when electromagnetic waves on two approximately λ / 4 spaced surfaces are reflected and the reflected Eliminate wave components due to the phase shift (cf. DE 40 06 352 A1). If this Principle is applied, this leads to a reflector structure, which in Frequency range around 14 GHz has only about 6 mm thickness. So that can however, no torsionally rigid reflectors can be realized. The Application of the principle of interference to a reflector with a thickness of about three quarters of the middle wavelength became a stable one Guide reflector construction. The electrical properties of such However, reflectors become extinct by extinguishing the two reflected parts improved only narrowband.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Bauweise für Reflektoren anzugeben, die die Reflexion unerwünschter Wellenanteile in zwei Frequenzbereichen ermöglicht und die gleichzeitig die Herstellung freitragender verwindungssteifer Reflektorschalen erlaubt.It is therefore an object of the invention to provide a construction for reflectors specify the reflection of unwanted wave components in two Allows frequency ranges and at the same time the manufacture Self-supporting, torsionally rigid reflector shells allowed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst. In Anspruch 2 ist eine vereinfachte Bauweise nach demselben Prinzip angegeben.This object is achieved by the in claim 1 reproduced characteristics solved. In claim 2 is a simplified Design according to the same principle.

Die besonderen Vorteile der Reflektorbauweise sind darin zu sehen, daß zum einen eine Interferenzauslöschung unerwünschter Wellenanteile in zwei unterschiedlichen Frequenzbereichen ermöglicht wird und daß auch bei hohen Frequenzen aufgrund des mehrschichtigen Aufbaus eine so hohe Steifigkeit des Reflektors erzielt wird, daß dieser nur am Rand gehalten werden muß.The particular advantages of the reflector design can be seen in the fact that on the one hand interference cancellation of unwanted wave components in two different frequency ranges is made possible and that also at high frequencies due to the multi-layer structure Stiffness of the reflector is achieved that it is only held on the edge must become.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. Show it:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Reflektor und Fig. 1 shows a section through a reflector and

Fig. 2 der Verlauf der Reflexion über der Frequenz bei einem derartigen Reflektor. Fig. 2 shows the course of the reflection over the frequency in such a reflector.

In der Fig. 1 ist schematisch vereinfacht ein Schnitt durch einen Teil eines gemäß der Erfindung aufgebauten Reflektors dargestellt. Der Reflektor ist in einer Sandwichbauweise aufgebaut und enthält drei Trägerschichten 5, 6, 7, die alle in der gleichen Weise aus einem Wabenmaterial mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstanten bestehen. Die beiden äußeren Trägerschichten 5, 6 weisen jeweils die gleiche Dicke d₁ auf, die sich zu einem Viertel der mittleren Wellenlänge eines der beiden Frequenzbereiche T_x oder R_x bemißt. Im dargestellten Beispiel wurde die Dicke d₁ aus der Mittenfrequenz des Sendefrequenzbereiches T_x berechnet. Die Dicke d₂ der inneren Trägerschicht 7 wird aus der Summe der Dicken d₁ und d₂ hergeleitet, wobei diese Summe drei Viertel der mittleren Wellenlänge λ₂ des zweiten Frequenzbereiches R_x entspricht.In Fig. 1, a section through part of a reflector constructed according to the invention is shown schematically simplified. The reflector is constructed in a sandwich construction and contains three carrier layers 5 , 6 , 7 , all of which consist in the same way of a honeycomb material with a low dielectric constant. The two outer carrier layers 5 , 6 each have the same thickness d 1, which is measured at a quarter of the central wavelength of one of the two frequency ranges T _x or R _x . In the example shown, the thickness d 1 was calculated from the center frequency of the transmission frequency range T _x . The thickness d₂ of the inner carrier layer 7 is derived from the sum of the thicknesses d₁ and d₂, this sum corresponding to three quarters of the mean wavelength λ₂ of the second frequency range R _x .

Alle Trennflächen der Trägerschichten 5, 6, 7 und auch deren Außenseiten sind mit Deckschichten 1, 2, 3, 4 abgedeckt, die eine Dicke von etwa 0,2- 0,3 mm aufweisen und die aus einem Material mit einer höheren Dielektrizitätskonstanten als das Material der Trägerschichten bestehen. Die geringe Dicke der Deckschichten hat zur Folge, daß sie bei der Berechnung der Dicke der Trägerschichten nicht berücksichtigt werden müssen. Auf der Außenseite der Deckschicht 1, die der einfallenden elektromagnetischen Welle E zugewandt ist, ist eine Struktur 8 bekannter Art aufgebracht, die der Polarisations- oder der Frequenzselektion dient.All separating surfaces of the carrier layers 5 , 6 , 7 and also their outer sides are covered with cover layers 1 , 2 , 3 , 4 , which have a thickness of approximately 0.2-0.3 mm and which are made of a material with a higher dielectric constant than that Material of the carrier layers consist. The small thickness of the cover layers means that they do not have to be taken into account when calculating the thickness of the support layers. On the outside of the cover layer 1 , which faces the incident electromagnetic wave E, a structure 8 of known type is applied, which is used for polarization or frequency selection.

Im Ausführungsbeispiel ergibt sich die Dicke d₁ der beiden äußeren Trägerschichten 5 und 6 aus der Mittenfrequenz des unteren Frequenzbereiches T_x. Sie liegt bei etwa 5 bis 7 mm. Die aus der Mittenfrequenz des oberen Frequenzbereiches R_x berechnete Dicke d₂ beträgt etwa 8 bis 10 mm. Der gesamte Reflektor weist somit eine Dicke von etwa 20 bis 25 mm auf. Aufgrund des siebenschichtigen Aufbaus des Reflektors ergibt sich eine sehr hohe Verwindungssteifigkeit und große Unabhängigkeit von thermalen Einflüssen, was insbesondere beim Einsatz in der Raumfahrt von entscheidender Bedeutung ist. Die hohe Stabilität des Reflektors ermöglicht den Verzicht auf eine mechanische Abstützung innerhalb der Reflektorfläche, so daß die Reflektorschale nur noch an ihrem Rand gehalten werden muß.In the exemplary embodiment, the thickness d 1 of the two outer carrier layers 5 and 6 results from the center frequency of the lower frequency range T _x . It is about 5 to 7 mm. The thickness d₂ calculated from the center frequency of the upper frequency range R _x is approximately 8 to 10 mm. The entire reflector thus has a thickness of approximately 20 to 25 mm. Due to the seven-layer structure of the reflector, there is a very high torsional stiffness and great independence from thermal influences, which is particularly important when used in space travel. The high stability of the reflector makes it possible to dispense with mechanical support within the reflector surface, so that the reflector shell only has to be held at its edge.

Die elektromagnetische Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Reflektoraufbaus beruht auf Nutzung der Interferenzauslöschung. Der erwünschte Anteil der einfallenden elektromagnetischen Welle E wird an der polarisations- oder frequenzselektiven Struktur 8 reflektiert. Der unerwünschte Anteil dringt in den Reflektoraufbau ein und soll aus diesem rückseitig wieder austreten. Der Reflektor ist jedoch nicht vollständig transparent. An den Deckschichten 1, 2, 3, 4 wird aufgrund der höheren Dielektrizitätskonstanten des Deckschichtmaterials ein Teil der den Reflektor durchlaufenden elektromagnetischen Welle reflektiert. Dieser Effekt wird für die Interferenzauslöschung benutzt. Die physikalische Voraussetzung hierfür ist, daß die reflektierenden Schichten einen Abstand von etwa einem Viertel oder drei Vierteln der Wellenlänge des jeweiligen Frequenzbereiches aufweisen. Diese Bedingung wird beim vorliegenden Reflektoraufbau jeweils für die Mittenfrequenzen der beiden Frequenzbereiche T_x und R_x erfüllt. Durch die Kombination der beiden äußeren und der inneren Trägerschichten mit den vier Deckschichten ergibt sich für jeden Frequenzbereich T_x, R_x je zweimal die Erfüllung der λ/4- und der 3 λ/4-Bedingung für die Interferenzauslöschung.The electromagnetic mode of operation of the reflector structure according to the invention is based on the use of interference cancellation. The desired proportion of the incident electromagnetic wave E is reflected on the polarization- or frequency-selective structure 8 . The undesired portion penetrates into the reflector structure and is to emerge from the rear of it. However, the reflector is not completely transparent. Due to the higher dielectric constant of the cover layer material, part of the electromagnetic wave passing through the reflector is reflected on the cover layers 1 , 2 , 3 , 4 . This effect is used for interference cancellation. The physical prerequisite for this is that the reflective layers are at a distance of about a quarter or three quarters of the wavelength of the respective frequency range. In the present reflector design, this condition is met for the center frequencies of the two frequency ranges T _x and R _x . The combination of the two outer and inner carrier layers with the four cover layers results twice in each frequency range T _x , R _{x in} the λ / 4- and the 3 λ / 4 condition for the interference cancellation.

Der Effekt der Interferenzauslöschung kann grundsätzlich auch mit einer vereinfachten Bauform des Reflektors erzielt werden. Dieser Reflektor besteht dann nur aus einer ersten Trägerschicht 5 und einer zweiten Trägerschicht 7, deren Dicken d₁ und d₂ wie oben beschrieben aus den Mittelfrequenzen λ₁ und λ₂ der beiden Frequenzbereiche T_x und R_x berechnet werden. Ein derartiger Reflektor weist jedoch eine geringere mechanische Steifigkeit auf als die zuvor beschriebene Bauform. The effect of interference cancellation can in principle also be achieved with a simplified design of the reflector. This reflector then consists only of a first carrier layer 5 and a second carrier layer 7 , the thicknesses d 1 and d 2 as described above are calculated from the center frequencies λ 1 and λ 2 of the two frequency ranges T _x and R _x . However, such a reflector has a lower mechanical rigidity than the design described above.

In der Fig. 2 ist vereinfacht der Betrag der Reflexion der in den Reflektoraufbau eindringenden Wellenanteils über der Frequenz aufgetragen. Bei der gegebenen Dimensionierung der Trägerschichten wird die Reflexion der unerwünschten Wellenanteile in den beiden Frequenzbereichen T_x und R_x um bis zu 40 dB unterdrückt. Damit wird gleichzeitig eine optimale Selektion der erwünschten elektromagnetischen Wellen und eine hochfeste freitragende Reflektorbauweise erzielt.In FIG. 2, the amount of reflection of the penetrating into the reflector structure wave component is simplified plotted against the frequency. Given the dimensioning of the carrier layers, the reflection of the undesired wave components in the two frequency ranges T _x and R _x is suppressed by up to 40 dB. This ensures optimal selection of the desired electromagnetic waves and a high-strength, self-supporting reflector design.

Claims

1. reflector for operation in two frequency ranges with a support layer and two cover layers covering the support layer, which consist of a dielectric material, a polarization- or frequency-selective structure being arranged on the incidence-side cover layer, characterized in that the reflector consists of an inner support layer ( 7 ) and two outer carrier layers ( 5 , 6 ), that between the carrier layers ( 5 , 6 , 7 ) and on the outside of the outer carrier layers, similar cover layers ( 1 , 2 , 3 , 4 ) made of a material with a higher dielectric constant ( ε) are arranged as the material of the carrier layers, and that the thickness (d₁) of the two outer carrier layers ( 5 , 6 ) is the same and is about a quarter of the mean wavelength (λ₁) of the first frequency range (T _x ) and that the sum the thickness (d₁) of an outer carrier layer ( 5 ) and the thickness (d₂) of the middle layer r layer ( 7 ) corresponds to approximately three quarters of the central wavelength (λ₂) of the second frequency range (R _x ).

2. reflector for operation in two frequency ranges with a support layer and two cover layers covering the support layer, which consist of a dielectric material, a polarization- or frequency-selective structure being arranged on the incident-side cover layer, characterized in that the first support layer ( 5 ) a second backing layer ( 7 ) is assigned that between the two backing layers and on the outside of the backing layers, similar top layers ( 1 , 2 , 3 ) made of a material with a higher dielectric constant than the material of the backing layers are arranged, and that the thickness (d₁ ) the first carrier layer ( 5 ) corresponds to approximately a quarter of the central wavelength (λ₁) of the first frequency range (T _x ), and that the sum of the thicknesses (d₁ and d₂) of the two carrier layers ( 5 , 7 ) corresponds to approximately three quarters of the central wavelength (λ₂) of the second frequency range (R _x ).