DE3822577C2 - System zum gleichzeitigen Empfang von Infrarot-Strahlung und Mikrowellen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zum gleichzeitigen Empfangen und Abtasten elektromagnetischer Strahlung im Infra­ rotband und im Millimeterband.

Derartige Systeme werden insbesondere auf dem militärischen Sektor bei Flugkörperleit- und Überwachungssystemen benötigt, die in einem breiten Frequenzband arbeiten.

Aus der DE 34 36 500 A1 ist eine Anordnung zum Empfangen und/­ oder Senden von Signalen im Mikrowellen- und IR-Bereich be­ kannt, bei der die Strahlaufteilung über ein Trennfenster er­ folgt, das aus einem die IR-Strahlung durchlassenden und die HF-Strahlung leitenden Material, beispielsweise Germanium, besteht. Das Trennfenster ist unter einem Winkel von 45° zur Einfallsrichtung der durch einen Hohlleiter gelangenden Strah­ lung angeordnet. Infolge der 45°-Neigung des Trennfensters wird die eintretende HF-Strahlung an der Fensteroberfläche des Trennfensters in einen Hohlleiter eines HF-Verarbeitungs­ teils reflektiert und kann dort weitgehend von der IR-Strah­ lung befreit ungestört ausgewertet werden. Die IR-Strahlung durchsetzt das Trennfenster und gelangt über einen IR-Kanal zu den IR-Sensoren, wo sie, befreit von der HF-Strahlung, un­ gestört ausgewertet werden kann.

Ein weiteres System zum gleichzeitigen Empfang von Infrarot- Strahlung und Mikrowellen-Strahlung ist in der älteren Patent­ anmeldung P 36 44 891.5 beschrieben, bei der die beiden Strah­ lungen durch eine gemeinsame Apertur empfangen werden. Die hier benutzte katadioptrische Anordnung kann zu einer gele­ gentlichen Aperturbehinderung führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein raumsparendes und von Gewicht leichtes System anzugeben, das zum gleich­ zeitigen Empfang und/oder Senden von Infrarot-Strahlung und Mikrowellen geeignet ist und zuverlässig und störungsfrei arbeitet.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die Gesamtheit der im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale.

Eine für Mikrowellen und Infrarot durchlässige Eintritts­ apertur ist zwar auch bei der Anordnung gemäß der DE 34 36 500 A1 vorhanden, jedoch besitzt diese Anordnung weder einen integrierten dielektrischen Linsenaufbau noch einen gemäß vorliegender Erfindung ausgebildeten Detektor.

Bei dieser bekannten Anordnung ist der Apertur ein Strahl­ teiler in Form eines Trennfensters zugeordnet.

Die DE 35 06 933 A1, die gemäß § 3 PatG zum Stand der Technik zählt, zeigt ein Mikrowellen-Reflektorelement mit Phasen­ steuerung mit einem ebenen gekreuzten Dipol, der an ein di­ elektrisches Substrat angrenzend angeordnet ist. Dieses di­ elektrische Substrat kann als Konvex- oder Konkavlinse aus­ gebildet sein, je nach Größe der jeweiligen Dielektrizitäts­ konstanten.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an­ hand der Zeichnung beschrieben.

Das beschriebene System kombiniert zwei Bereiche der Detektor­ technologie. Für ein Mikrowellensystem wird eine integrierte Antennenmischanordnung (eine MARS-Anordnung) in der Mikro­ wellen-Bildebene benutzt. Diese Vorrichtung kann im typischen Fall im 35 bis 95 GHz-Bereich arbeiten. Die Vorrichtung er­ fordert nur ein in Kontaktberührung hiermit befindliches Medium, das die gleiche Dielektrizitätskonstante wie das Sub­ strat der Vorrichtung besitzt, und deshalb befindet sich kein Luftspalt zwischen der Endlinse und der Vorrichtung. Die Strah­ lung kann auf das Feld entweder von der Vorderseite oder von der Rückseite aufgebracht werden, und zwar über einen Strahl­ teiler.

Die beiden Systeme betrachten die gleiche Szene durch ein ge­ meinsames Fenster, und der Infrarot-Kanal benutzt optische Infrarot-Materialien, z. B. Germanium- und Zinksulfid, um die Strahlung auf einem geeigneten Infrarot-Detektor abzubilden, beispielsweise auf einem Qudaranten-Detektorfeld. Das Infra­ rot-System kann entweder monochromatisch bei Laserdetektor- Betrieb arbeiten oder ein endliches Wellenband bedecken, z. B. 8 bis 12 Mikron für eine thermische Bilderzeugung.

Der Mikrowellen-Kanal benutzt z. B. Aliminiumoxid, um die Strahlung auf dem MARS-Feld abzubilden. Das MARS-Feld liegt auf der hinteren Oberfläche der Bilderzeugungslinse.

Die gemeinsame optische Apertur, vorzugsweise in Gestalt einer Linse, liegt vor den beiden Kanälen. Sie benutzt ein Zinksulfid-Refraktionselement, das sowohl Mikrowellen- Strahlung als auch Infrarot-Strahlung durchläßt. Die Strah­ lung wird auf die beiden Kanäle durch einen Strahlteiler aufgeteilt, der die Mikrowellen-Strahlung reflektiert und die Infrarot-Strahlung durchläßt. Dieser Strahlteiler kann aus einem für Infrarot durchlässigen Halbleiter, beispiels­ weise Germanium, bestehen oder aus einem feinen Metallgitter oder einem dielektrischen Stapel.

Im folgenden wird auf die einzige Figur der Zeichnung Bezug genommen. Das in der Zeichnung dargestellte System weist eine Eintrittsapertur in Gestalt eines für Mikrowellen und Infra­ rot durchlässigen Linse 1 auf, die ein gemeinsames Frontende für die beiden folgenden Untersysteme bildet. Der Linse 1 ist ein Strahlteiler 2 nachgeschaltet. Die Mikrowellen-Strah­ lung wird auf die Mikrowellen-Linsen (7, 8) reflektiert, wäh­ rend die Infrarot-Strahlung auf die Infrarot-Optik (3, 4, 5) übertragen wird. Die Bildebene für das Mikrowellen-Unter­ system liegt auf der Rückseite der dielektrischen Mikrowellen- Linse 8, während die Bildebene 6 für das Infrarot-Untersystem im freien Raum hinter der Linse 5 liegt. Wie oben erwähnt, weist der Mikrowellen-Detektor ein integriertes Antennen­ mischfeld auf, das auf der rückwärtigen Oberfläche der di­ elektrischen Linse 8 in deren Bildebene angeordnet ist. Jede Antennenmischstufe umfaßt zwei gekreuzte Dipole, die über Dioden miteinander verbunden sind. Es spricht jeweils ein Dipol auf linear polarisierte Strahlung an, die über die di­ elektrische Linse 8 empfangen wird, während der andere Di­ pol die orthogonal hierzu polarisierte Strahlung eines Lokaloszillators empfängt. Das Signal des Lokaloszillators für das Mikrowellen-Untersystem kann hinter der dielektri­ schen Mikrowellen-Linse 8 eingeführt werden. Die Linsen 1 und 7 sind Zinksulfid-Linsen mit sphärischen Oberflächen. Die Linsen 3 und 5 sind Germanium-Linsen mit sphärischen Oberflächen. Die Linse 4 ist eine Zinksulfid-Linse mit sphärischen Oberflächen. Die dielektrische Mikrowellen- Linse 8 ist eine Aluminiumoxid-Linse mit einem asphärischen Oberflächenprofil. Der Strahlteiler 2 ist eine dünne Germaniumplatte mit flachen Oberflächen, die unter 45° gegenüber der Achse geneigt ist. Alle optischen Elemente können mit dielektrischen Schichten überzogen sein, um die Transmission zu verbessern.

Die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele schaffen ein kompaktes, von Gewicht leichtes Abbildungssystem, das so­ wohl im Mikrowellen-Bereich als auch im Bereich von Infrarot-Wellenlängen arbeitet. Das erfindungsgemäße System ist in beiden Wellenlängenbändern gleichzeitig wirksam und ist keiner Aperturbehinderung infolge kata­ dioptrischer Ausbildung unterworfen. Es wird eine gemein­ same Eingangsapertur benutzt, die die Größe des Systems beträchtlich verringert. Hierdurch wird das System weni­ ger auffällig, und es wird die Gefahr einer Entdeckung von außen her vermindert. Die gemeinsame Apertur vermin­ dert auch die Anfälligkeit des Systems gegenüber Justier­ fehlern.

Claims (8)

1. System zum gleichzeitigen Empfangen und Abtasten elektromagnetischer Strahlung im Infrarot-Band und im Milli­ meter-Band mit den folgenden Merkmalen:

• - eine für Mikrowellen und Infrarot durchlässige Eintritts-Apertur (1) des Systems;
• - ein der Apertur (1) nachgeschalteter Strahl­ teiler (2) richtet die Mikrowellenstrahlung auf ein Millimeter-Band-Untersystem (7, 8) und die Infrarot-Komponente auf ein Fokussie­ rungs-Untersystem (3, 4, 5), das die Infrarot- Komponente in einer Brennebene (6) abbildet;
• - das Millimeter-Band-Untersystem weist eine di­ elektrische Linse (8) auf, die eine vordere und eine hintere Oberfläche besitzt;
• - ein Feld von integrierten Antennen-Misch- Schaltungen ist auf der hinteren Oberfläche der Linse angeordnet.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die dielektrische Linse (8) ein asphärisches vorderes Oberflächenprofil aufweist, um die Millimeter-Band-Komponente an der vorderen Oberseite zu empfangen und diese Komponente auf dem Feld auf der hinteren Oberfläche abzubilden,
• - daß ein Lokaloszillator der hinteren Ober­ fläche der dielektrischen Linse ein Signal zu führt;
• - daß die integrierte Antennen-Misch-Schaltung zwei gekreuzte Dipole umfaßt, von denen der eine auf die linear polarisierte Strahlung anspricht, die über die dielektrische Linse (8) empfangen wurde, während der andere Dipol auf das linear polarisierte Signal des Lokaloszillators an­ spricht.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler (2) aus einem für Infrarotstrahlung durchlässigen Halbleiter besteht.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler (2) aus einem feinen Metallgitter besteht.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler (2) aus einem dielektrischen Stapel besteht.

6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittslinse (1) aus einem Zinksulfid-Refraktor besteht.

7. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Infrarot-Fokussierungs-Unter­ system mehrere Linsen (3, 4, 5) aus Germaniumsulfid und Zink­ sulfid aufweist.

8. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Linse (8) aus Aluminiumoxid besteht.