DE3632128A1 - Dielektrische schutzhaube zur abdeckung von mikrowellenantennen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine selbsttragende, reflexionsarme dielektrische Schutzhaube (Radom) in Sandwich-Bauweise zur Abdeckung von Mikrowellenantennen, bestehend aus zwei dünnen Außenschichten aus Kunststoff­ material und aus einer zwischen den beiden Außenschichten liegenden dickeren Zwischenschicht aus weicherem dielektrischen Material, z. B. Kunststoff-Hartschaum oder Wabenstrukturmaterial, mit einer sehr niedrigen relativen Dielektrizitätskonstante.

Es ist bekannt, daß Mikrowellenantennen gegen mechanische und klimatische Umwelteinflüsse geschützt werden müssen. Hierfür wird gewöhnlich eine dielektrische Schutzhaube, ein sogenanntes Radom, verwendet. Die Struktur einer solchen Schutzhaube muß so gestaltet sein, daß die Hochfrequenzstrahlung das Radom möglichst verlustarm und reflexionsfrei durchdringen kann, so daß die elektrischen Eigenschaften der Antenne möglichst unbeeinflußt bleiben. Aus der DE-PS 12 73 023 sind Schutzhauben aus glasfaser­ verstärkten Polyester- und Epoxyharzen bekannt, die zwar aufgrund ihrer hohen Festigkeitseigenschaften selbst­ tragend ausgeführt werden können, aber eine hohe Di­ elektrizitätskonstante aufweisen, so daß die elektrischen Eigenschaften der Antenne durch derartige Hauben stark verschlechtert werden. Aus der gleichen Patentschrift ist eine einteilige Radarhaube aus Polyurethanschaum bekannt, die in der Weise hergestellt wird, daß das Polyurethan auf eine aufgeblasene, den Dimensionen der Radarhaube ent­ sprechende Ballonhülle aufgesprüht wird. Nach dem Auf­ schäumen und Erhärten des Polyurethans wird die Ballon­ hülle wieder entfernt. Die Abmessungen derartiger Radar­ hauben sind relativ klein. Außerdem besitzen diese Hauben die Form einer Halbkugel, so daß eine Anpassung an die Konstruktionsgegebenheiten nicht möglich ist. Eine Ver­ besserung der mechanischen Festigkeit kann erreicht werden, wenn eine Polyurethan-Integralhartschaum-Struktur verwendet wird, deren Oberflächen verdichtet sind. Aller­ dings entstehen hier gewisse Schwierigkeiten bei der An­ wendung bei leistungsstarken Mikrowellenstrahlern, die mit ihrer hohen Strahlungsdichte in der Radomstruktur partielle Erwärmung erzeugen können, die zur Werkstoff­ zerstörung führt.

Aus der DE-PS 28 30 516 ist eine Abdeckhaube bekannt, deren Flächenelemente aus sphärisch gekrümmten, selbst­ tragenden Sandwichteilen mit einem Kern aus Hartschaum und Deckschichten aus glasfaserverstärktem Kunststoff bestehen. Auch bei einem solchen Aufbau besteht die Gefahr der Werkstoffzerstörung bei Anwendung im Zusammenhang mit leistungsstarken Strahlern.

Aus der DE-AS 24 41 540 ist eine selbsttragende, reflexionsarme dielektrische Abdeckung für Mikrowellen­ antennen in Sandwich-Bauweise bekannt, bei der zwei dünne feste Schichten mit hoher Dielektrizitätskonstante eine dicke Schicht aus weichem Material, z. B. aus Hartschaum­ material oder Wabenstrukturmaterial, umschließen. Auch hierbei entstehen Schwierigkeiten bei der Verwendung einer solchen Abdeckung bei leistungsstarken Strahlern, die mit ihrer hohen Strahlungsdichte in der Radomstruktur eine partielle Erwärmung erzeugen können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine der Abdeckung einer Mikrowellenantenne dienende dielektrische Schutzhaube in Sandwich-Bauweise so auszubilden, daß ihre elektrischen Eigenschaften auch dann weitgehend unbeeinflußt bleiben, wenn sie bei leistungsstarken Strahlern verwendet wird, die mit ihrer hohen Strahlungsdichte in der Radom-Struktur partielle Erwärmung erzeugen können.

Gemäß der Erfindung, die sich auf eine Schutzhaube der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die zwischen den aus thermoplastischem Kunst­ stoffmaterial bestehenden Außenschichten liegende Zwischenschicht in einem Bereich, in dem eine höhere Strahlungsdichte vorliegt, entweder aus einer festen Kunststoffschaumplatte oder aus einer Wabenstruktur aufweisenden Kunststoffmatte besteht, die jeweils mit Hilfe eines flexiblen Klebers zwischen die beiden Außenschichten eingeklebt ist und deren relative Dielektrizitätskonstante ε _r nahe bei ε _r=1 von Luft liegt, und daß die restlichen Bereiche der Zwischenschicht aus Kunststoff-Hartschaummaterial bestehen, welches nach Einschäumung in den Hohlraum zwischen den Außenschichten ausgehärtet ist.

Ein wesentlicher Vorteil der nach der Erfindung ausge­ bildeten Schutzhaube besteht darin, daß durch das Einlegen von Schaumstoffplatten oder von Kunststoff­ matten mit Wabenstruktur im Bereich der höheren Strah­ lungsdichte Unregelmäßigkeiten sowie Materialver­ dichtungen, die beim Einschäumvorgang entstehen könnten, mit Sicherheit vermieden werden.

In vorteilhafter Weise ist als thermoplastisches Kunst­ stoffmaterial für die vorzugsweise eine geringere Wand­ stärke als 1 mm aufweisenden beiden Außenschichten Polycarbonat (PC)-Dünnplattenmaterial vorgesehen. Dieses Material ist im "Kunststoff-Lexikon", C. Hanser Verlag, 1973, Seite 292 beschrieben.

Die eingeschäumte Schaumstoffplatte ist ein Werkstoff, der eine relative Dielektrizitätskonstante ε _r nahe bei ε _r von Luft aufweist, vorzugsweise aufgeschäumtes Acrylharz in Form von Polymethacrylimid (PMI) -Hartschaumstoff (Handelsname "Rohacell"), beschrieben im genannten "Kunststoff-Lexikon" auf Seite 302. Der eingeschäumte Werkstoff besitzt ebenfalls gute dielektrische Eigen­ schaften und ist z. B. Polyurethanschaum.

Um die Kunststoffhaube wasserdicht zu versiegeln und an­ schraubbar auszubilden, ist in zweckmäßiger Weise ein vorgefertigter Rahmen, z. B. aus Kunststoffmaterial, mit einer umlaufenden Nut vorgesehen, in welche die Schutzhaube mit ihrem Rand wasserabdichtend eingeklebt ist. Der Rahmen selbst weist dann Löcher zur Aufnahme von Schrauben zur Verschraubung der Haube mit der Mikro­ wellenantenne auf. Die Schutzhaube ist in zweckmäßiger­ weise an ihrer Außenfläche mit einem dünnen Schutzan­ strich, z. B. einer Tarnfarbe für militärische Anlagen oder einem Anstrich zur Verhütung von Ozonschäden durch Sonnenbestrahlung, versehen.

Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung einer Schutz­ haube nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß nach in Abhängigkeit von der vorgesehenen Betriebsfrequenz erfolgter Festlegung der Gesamtschichtendicke der Haube die beiden Außenschichten aus dem Thermoplast-Kunststoff im Warmumformverfahren hergestellt werden, so daß sich eine Innen- und eine Außenschale ergibt. Hierbei können spezielle Formen, wie z. B. Kalotten, berücksichtigt werden. Vorzugsweise kann PC-Dünnplattenmaterial ver­ wendet werden. Nachdem die Innen- und Außenschalen vor­ gefertigt sind, wird in den Hohlraum zwischen diesen beiden Schalen, und zwar nur im Bereich der hohen Strah­ lungsdichte, die feste Schaumstoffplatte bzw. die Waben­ struktur aufweisende Kunststoffmatte eingelegt und mit Hilfe eines flexiblen Klebers eingeklebt. Anschließend wird nach Anbringung von Stütz- und Abstandshalteein­ richtungen an den Schalen der restliche Hohlraum zwischen den beiden Schalen mit dem Kunststoffschaummaterial, z. B. durch Einpressen mit Hilfe einer Schäummaschine, ausgefüllt. Dadurch können auch komplizierte Radomformen, z. B. mit Sicken, verwirklicht werden. Danach wird die fertige Haube mit ihrem Rand in die Nut eines vorge­ fertigten Rahmens wasserabdichtend eingeklebt. Schließlich läßt sich die Haubenaußenfläche gegebenenfalls einschließ­ lich des Rahmens dünn mit dem Außenanstrich versehen.

Ein Ausführungsbeispiel einer Schutzhaube nach der Er­ findung wird im folgenden anhand zweier Figuren er­ läutert. Es zeigen

Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht dieser Schutzhaube, und

Fig. 2 eine Draufsicht auf diese Schutzhaube, eben­ falls teilweise aufgeschnitten.

In den Fig. 1 und 2 ist eine selbsttragende, reflexions­ arme Schutzhaube (Radom) 8 in Sandwich-Bauweise zur Abdeckung der Apertur einer nicht eigens gezeigten Mikrowellenantenne dargestellt. Die Haube 8 besteht aus zwei dünnen Außenschichten 1 und 2 aus Kunststoffmaterial und aus einer zwischen den beiden Außenschichten 1 und 2 liegenden dickeren Zwischenschicht 3 aus weicherem Kunst­ stoffmaterial. Die Gesamtwandstärke der Haube wird in Ab­ hängigkeit von der Frequenz festgelegt und beträgt z. B. im X-Band ca. 9 mm. Das Material der beiden Außenschichten 1 und 2 ist ein elektrisch und mechanisch hochwertiger Thermoplastkunststoff, z. B. PC-Kunststoff, dessen Wandstärke kleiner als 1 mm und der im Warmumformverfahren hergestellt ist. Im vorgefertigten Zustand sind die beiden Außenschichten 1 und 2 dann feste Innen- bzw. Außenscha­ len. Die Zwischenschicht 3 besteht in einem Bereich, in dem eine höhere Strahlungsdichte vorliegt, entweder aus einer festen Kunststoffschaumplatte 4 oder aus einer Wabenstruktur aufweisenden Kunststoffmatte 4′, die jeweils mit Hilfe eines flexiblen Klebers zwischen die beiden Außenschichten 1 und 2 eingeklebt ist. Die restlichen Bereiche der Zwischenschicht 3 bestehen aus Kunststoff­ hartschaummaterial 5, welches nach Einschäumung in den Hohlraum zwischen den beiden festen Außenschichten 1 und 2 ausgehärtet ist. Das eingeschäumte Kunststoff­ hartschaummaterial 5 ist ein solches Material, das eine günstige relative Dielektrizitätskonstante aufweist, z. B. Polyurethanschaum. Die eingelegte Kunststoffschaumplatte 4 ist aus einem Werkstoff mit einer relativen Dielektrizi­ tätskonstante ε _r bei ε _r=1 von Luft, z. B. aufgeschäumtes Acrylharz.

Die Schutzhaube 8 ist mit ihrem Rand 9 wasserdicht in eine Nut 7 eingeklebt, welche rundum in einem vorgefertigten Rahmen 6 vorgesehen ist. Dieser Rahmen 6 weist Löcher 10 zur Aufnahme von Schrauben auf, mit welchen sich die Haube 8 samt Rahmen 6 an der Mikrowellenantennen befestigen läßt. Die Haubenaußenfläche ist dünn mit einem Anstrich 11 versehen, welche eine Tarnfarbe für militärische Anlagen oder ein Anstrich zur Verhütung von Ozonschäden durch Sonnenbestrahlung sein kann. Sicken, bzw. Kalottenver­ formungen, hinter denen sich zusätzliche Strahler befinden können, sind mit 12 bezeichnet.

Dadurch, daß im Bereich der höheren Strahlungsdichte im Hohlraum zwischen den Außenschichten 1 und 2 eine Schaumstoffplatte 4 oder eine Kunststoffmatte 4′ mit Waben­ struktur eingelegt und mit Hilfe eines flexiblen Klebers eingeklebt ist, werden Unregelmäßigkeiten sowie Material­ verdichtungen, die sonst beim Einschäumen in diesem Bereich entstehen könnten, vermieden.

Claims (12)

1. Selbsttragende, reflexionsarme dielektrische Schutzhaube (Radom) in Sandwich-Bauweise zur Abdeckung von Mikrowellenantennen, bestehend aus zwei dünnen Außen­ schichten aus Kunststoffmaterial und aus einer zwischen den beiden Außenschichten liegenden dickeren Zwischenschicht aus weicherem dielektrischen Material, z. B. Kunststoff-Hartschaum oder Wabenstrukturmaterial, mit einer sehr niedrigen relativen Dielektrizitäts­ konstante, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den aus thermoplastischem Kunststoffmaterial bestehenden Außenschichten (1, 2) liegende Zwischenschicht (3) in einem Bereich, in dem eine höhere Strahlungsdichte vorliegt, entweder aus einer festen Kunststoffschaum­ platte (4) oder aus einer Wabenstruktur aufweisenden Kunststoffmatte (4′) besteht, die jeweils mit Hilfe eines flexiblen Klebers zwischen die beiden Außenschichten eingeklebt ist und deren relative Dielektrizitätskon­ stante ε _r nahe bei ε _r=1 von Luft liegt, und daß die restlichen Bereiche der Zwischenschicht aus Kunststoff- Hartschaummaterial (5) bestehen, welches nach Ein­ schäumung in den Hohlraum zwischen den Außenschichten ausgehärtet ist.

2. Schutzhaube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand­ stärke der zwei Außenschichten (1, 2) jeweils kleiner als 1 mm ist.

3. Schutzhaube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als thermoplastisches Kunststoffmaterial für die beiden Außenschichten (1, 2) Polycarbonat (PC)-Dämmplattenma­ terial vorgesehen ist.

4. Schutzhaube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eingeschäumte Kunststoff-Hartschaummaterial (5) ein Material ist, das eine niedrige relative Dielektrizitäts­ konstante aufweist, z. B. Polyurethanschaum.

5. Schutzhaube nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Kunststoffschaummplatte (4) aufgeschäumtes Acrylharz ist (Handelsname "Rohacell"=PMI (Polymethacrylimid)-Hartschaumstoff).

6. Schutzhaube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein vor­ gefertigter Rahmen (6) mit einer umlaufenden Nut (7) vorgesehen ist, in welche die Schutzhaube (8) mit ihrem Rand (9) wasserdicht eingeklebt ist.

7. Schutzhaube nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (6) Löcher (10) zum Verschrauben an der Mikro­ wellenantenne aufweist.

8. Schutzhaube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Außenfläche mit einem dünnen Schutzanstrich (11) versehen ist.

9. Schutzhaube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Sicken bzw. Kalotten­ verformungen (12), hinter denen zusätzliche Strahler angeordnet sein können.

10. Verfahren zur Herstellung einer Schutzhaube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach in Abhängigkeit von der vorgesehenen Betriebsfrequenz er­ folgter Festlegung der Gesamtschichtendicke der Haube (8) die beiden Außenschichten (1, 2) aus dem Thermoplast- Kunststoff im Warmumformverfahren hergestellt werden, so daß sich eine Innen- und eine Außenschale ergeben, daß nach dieser Vorfertigung der Thermoplast-Innen- und Außenschale in den Hohlraum zwischen den beiden Schalen, und zwar nur im Bereich der hohen Strahlungsdichte, die feste Schaumstoffplatte (4) bzw. die Wabenstruktur aufweisende Kunststoffmatte (4′) mit Hilfe eines flexiblen Klebers eingeklebt wird, und daß danach nach Anbringung von Stütz- und Abstandshalteeinrichtungen der restliche Hohlraum zwischen der Innen- und der Außen­ schale mit dem Kunststoffschaummaterial (5) z. B. durch Einpressen mit Hilfe einer Schäummaschine ausgefüllt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die fertige Haube (8) mit ihrem Rand (9) in die Nut (7) eines vorgefertigten Rahmens (6) wasserabdichtend eingeklebt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Haubenaußenfläche gegebenenfalls einschließlich des Rahmens (6) dünn mit einem Außenanstrich (11) versehen wird.