DE3817214A1 - Schutzabschirmung fuer eine antennenanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Antennenanordnungen und mehr im besonderen auf eine Abschirmung zum Schützen einer Anordnung vor den Wettereinwirkungen mit einer minimalen Auswirkung auf die Leistungsfähigkeit bei gutem oder schlechtem Wetter.

Es ist eine übliche Praxis, Radarantennen innerhalb einer "Wetter­ schutzhaube" zu installieren, einer Struktur, die die Antenne vor dem Wetter schützt, ihre elektrische Leistungsfähigkeit aber nicht nachteilig beeinflußt.

Solche Strukturen wurden in den "MIT Radiation Laboratory Series" Band 12, mit dem Titel "Microwave Antenna Theory and Design" (1945) beschrieben. "Wetterschutzhauben" sind im Kapitel XIV mit dem Titel "Antenna Installation Problems" behandelt.

Eine übliche frühere Ausführungsform ist eine "Igluc"-förmige Struktur. Da diese Struktur üblicherweise eine rotierende Anordnung mit azimuthalen und vertikalen Rotationen beinhaltet, ist ein halbkugelförmiges Gehäuse, das auch eine minimale Windbeständigkeit bedingt, angezeigt. Die Wandabschnitte einer solchen Wetterschutzhaube wurden ausgeführt, um einen minimalen Verlust durch Streuung und Reflexion zu verursachen. Es sind Wandabschnitte aus einer einzigen Schicht sowie Sandwichkonstruktionen bekannt. Bei einer Sandwichkonstruktion umgibt ein relativ festes Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten einen Kern geringer Dichte mit geringer Dielektrizitätskonstanten.

Da die Abstände zwischen Antenne und Wetterschutzhaube relativ groß waren im Vergleich zum Abstand zwischen den einzelnen Elementen der Antenne, beeinflußte die Wetterschutzhaube das gegenseitige Koppeln zwischen den Antennenelementen nicht. Frühere mechanisch gedrehte Anordnungen arbeiteten bei relativ langen Wellenlängen und hatten entsprechend große Abmessungen.

Derzeit erfordern das elektronische Verstellen, höhere Frequenzen und Mobilität eine kompaktere plattenförmige Antennenhülle. Bei einer elektronisch verstellten Antenne, die in der Mitte des C-Bandes arbeitet, können in einer Öffnung von etwa 244 bis etwa 300 cm (8 bis 10 Fuß) mehrere tausend Antennenelemente benutzt werden, deren jedes an der Strahlbildung und der Strahlverstellsteuerung teilnimmt. Bei einer solchen Antenne ist die Schutzumhüllung idealerweise flach - eine "Abschirmung" - und sie sollte in großer Nähe zu den Antennenelementen angeordnet sein, um die Ausdehnung des Radargerätes zu vermindern.

Wie bei den früheren Antennensystemen müssen die Strahlungselemente der elektronisch verstellbaren Anordnung, die oberhalb von einem GHz arbeiten, ebenfalls vor mechanischer Beschädigung und vor dem Wetter geschützt werden. Die Schutzabschirmung sollte die Leistungsfähigkeit der Anordnung gegenüber einem Gerät ohne Abschirmung bei gutem Wetter nicht vermindern und sie sollte die Leistungsfähigkeit bei schlechtem Wetter gegenüber einer nicht optimierten Anordnung verbessern.

Die über der Anordnung anzuwendende Schutzabschirmung sollte eine transparente Qualität beibehalten. Sie sollte nur vernachlässigbare Energiemengen absorbieren. Trotz der dichten Nachbarschaft zu den Antennenelementen sollte die Anwesenheit oder Abwesenheit der Abschirmung die Leistungsfähigkeit der Anordnung nicht beeinflussen. Sowohl die Genauigkeit der Strahlausrichtung als auch die Niveaus der Nebenzipfel sollten relativ unverändert bleiben. Bei unfreundlichen Wetterbedingungen sollte die Abschirmung die durch das Wasser, das sich während eines Regens auf der Abschirmung bildet, verursachten Wirkungen minimal halten.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte, vor Wetter schützende Abschirmung für eine Antennenanordnung zu schaffen. Die Antennenanordnung sollte dabei oberhalb von 1 GHz betrieben werden. Die zu schaffende Abschirmung sollte auch eine minimale Auswirkung auf die Leistungsfähigkeit der Antenne haben. Schließlich soll eine Wetterschutz-Abschirmung für eine Antennenanordnung geschaffen werden, die bei Regen eine optimale Leistungsfähigkeit ergibt und der Antenneninstallation eine minimale Masse hinzufügt.

Die vorliegenden und andere Aufgaben der Erfindung werden durch die neue entfernbare, gegenüber Wetter schützende Abschirmung für eine Antennenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst. Die Abschirmung hat eine minimale Auswirkung auf das Strahlungsmuster und die aktive Impedanz der Anordnung, und sie sorgt für eine minimale nachteilige Auswirkung von Regen auf die Anordnung.

Die erfindungsgemäße Abschirmung weist eine modifizierte Mehrschicht- Sandwichkonfiguration auf. Sie hat eine erste dünne Schicht aus einer Glasfaser-verstärkten Konstruktion, die auf der äußeren Oberfläche mit Teflon gefüllt ist, um Benetzung und Oberflächenverunreinigung gering zu halten, wobei diese Konstruktion mit der äußeren Oberfläche einer zweiten Schicht aus einer Glasfaser-verstärkten, harzgefüllten Konstruktion verbunden ist. Eine dritte, dicke Schicht aus einer Schaumkonstruktion geringer Dichte mit einer geringen Dielektrizitätskonstanten bildet das Kernelement der Sandwichkonfiguration, und eine vierte, dünne Schicht aus einer Glasfaser-verstärkten, harzgefüllten Konstruktion ist mit dem Kern verbunden. Eine fünfte Schicht aus einer Schaumkonstruktion geringer Dichte ist mit der vierten Schicht verbunden und befindet sich in wesentlichem Kontakt mit den Dipolelementen, wenn sich die Abschirmung an Ort und Stelle befindet, um eine verteilte Abstützung für die Abschirmung zu ergeben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung hat die fünfte Schicht eine angemessene Dicke, um eine merkliche Beeinflussung des wechselseitigen Kuppelns zwischen den Dipolelementen zu vermeiden, so daß die Strahlungsmuster und die aktiven Impedanzen der Anordnung durch die Anwesenheit oder Abwesenheit der Abschirmung im wesentlichen unbeeinflußt bleiben. Die Schichten der Abschirmung haben Dicken, die ausgewählt sind, um Verluste zu minimieren, die durch Reflexionen während der Übertragung und/oder des Empfanges von Hochfrequenzsignalen in spezifischen Frequenzbändern verursacht werden.

Zu diesen Zwecken hat die dritte, die Schaumschicht eine Dicke von etwa einer ungradzahligen Anzahl von viertel Wellenlängen in dem Schaum, um eine optimale Auslöschung von Reflexionen zu erreichen, und die fünfte Schicht hat eine Dicke, die im wesentlichen gleich oder größer ist als eine viertel elektrische Wellenlänge bei dem Betriebsfrequenzband, um die Beeinflussung des wechselseitigen Koppelns zwischen Elementen der Anordnung zu vermeiden.

Für die mechanische Festigkeit ist die dritte Schicht ein starrer Schaum, um den Abstand zwischen den Glasfaserschichten sicherzustellen, und die fünfte Schicht ist ein flexibler Schaum, der, wenn zusammengepreßt, der Abschirmung eine verteilte Abstützung und zusätzliche Steifheit verleiht.

Ein Überzug aus hydrophobem pyrogenem SiO₂ ist auf die teflongefüllte Oberfläche aufgebracht, um nachteilige Wirkungen von Regen auf die Leistungsfähigkeit der Antenne zu vermindern.

Die Erfindung wird im folgenden zusammen mit weiteren Aufgaben und Vorteilen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt:

Fig. 1 eine auseinandergezogene Ansicht einer verstellbaren Anordnung mit einer über dieser Anordnung installierbaren Schutzabschirmung,

Fig. 2A und 2B Drauf- bzw. Seitenansichten der Schutzabschirmung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Querschnittsansicht, die mechanische Einzelheiten zum Befestigen der Schutzabschirmung an der Bodenebenenstruktur (ground plane structure) der verstellbaren Anordnung veranschaulicht,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht der Schutzabschirmung in einer Position über den Primärstrahlern und

Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht der einzelnen Dipolelemente, die sich durch die Bodenebenenstruktur der verstellbaren Anordnung erstrecken.

In den Fig. 1 bis 4 ist eine neue Schutzabschirmung für eine Antennenanordnung veranschaulicht. Diese Abschirmung ist bei 10 in einer auseinandergezogenen Ansicht dargestellt, in der die Abschirmung nach rechts vom Gehäuse 11 des Radargerätes verschoben ist. Die Vorderfläche des Gerätegehäuses bietet eine Bodenebene 12 für die Antennenanordnung 13 und eine mechanische Stütze für die Abschirmung. Die Bodenebene 12 ist planar und weist mehrere Dipolelemente auf, die die Antennenanordnung bilden und durch die Bodenebene 12 hindurch vorstehen. Die Abschirmung 10, wenn sie sich an Ort und Stelle auf dem Gehäuse befindet, ist an ihrem Umfang an der Bodenebene 12 befestigt, und außerdem ist die Abschirmung mit Ausnehmungen versehen, um das Hindurchragen der vorstehenden Dipolelemente zu gestatten.

Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung weist eine hohe Leistungsfähigkeit auf. Üblicherweise schließt die Anordnung etwas weniger als 3000 einzelne Dipolelemente ein, die in der allgemeinen Weise, wie sie in Fig. 1 veranschaulicht ist, über eine Oberfläche von etwa 6,5 m² (entsprechend 70 US-Fuß²) (bei einer C-Band-Anwendung) verteilt angeordnet sind. Die Anordnung ist elektrisch verstellbar und hat ein Strahlmuster maximaler Auflösung in Übereinstimmung mit den Öffnungsabmessungen. Bei der C-Band-Anwendung beeinflußt die Abschirmungsausbildung die Leistungsfähigkeit der Antenne selbst mit stark reduzierten Nebenzipfeln nicht.

Die Schutzabschirmung, deren mechanische Einzelheiten in den Fig. 1 bis 4 veranschaulicht sind, ergibt eine nahezu ideale Leistungsfähigkeit für die in Fig. 1 veranschaulichte Anordnung. Mehr im besonderen ist der mit der Anwesenheit der Abschirmung verbundene Strahlungsverlust geringer als 0,20 Dezibel, die Auswirkungen auf die Strahlverstellung sind geringer als einige hundertstel Grad. Die Wirkung auf die Nebenzipfel ist minimal, und Wasserkeile während eines Regens werden durch die vorliegende Abschirmung im allgemeinen beseitigt.

Wasserkeile werden gebildet, wenn benetzte Oberflächen schräggestellt und eine Richtung zum Ablaufen eingerichtet wird. Der "Keil" wird der Dynamik des Benetzungs- und Ablaufverfahrens zugeschrieben. Es wird angenommen, daß die Regentropfen auf eine Oberfläche im Durchschnitt in gleicher Anzahl pro Flächeneinheit auftreffen. Das so angesammelte Wasser wird unter einer zusammenhängenden Folie gehalten, die sich auf einer benetzten Oberfläche bildet. Wird die Oberfläche gekippt, dann bewegt sich das festgehaltene Wasser hauptsächlich unter dem Einfluß der Schwerkraft zum Boden hin nach unten, wo es von der Oberfläche abtropft. Bei stetigem Fließen gibt es stromaufwärts nur eine geringe Fläche für die Regenansammlung, die Strömungsgeschwindigkeit ist geringer und die Wasserdicke unter der Folie ebenfalls. Stromabwärts wird die Fläche für die Regenansammlung größer, die Strömungsgeschwindigkeit nimmt zu und die Dicke des Wassers und der Folie ebenfalls. Es wird daher ein Wasserkeil auf einer schräggestellten befeuchteten Oberfläche gebildet, der oben dünn und am Boden dick ist (im Falle starker Winde kann der Keil eine horizontale als auch eine vertikale Komponente aufweisen).

Die Wasserkeilbildung kann den Betrieb der Anordnung in verschiedener Weise beeinflussen. Die aus Regen gebildete Wasserfolie absorbiert und reflektiert Hochfrequenzenergie und bewirkt somit Schwächung und beeinflußt die Ausrichtgenauigkeit, das Verstellen und die Höhe der Nebenzipfel. Die Wirkung der Wasserkeile verursacht eine Schwächung von mehreren Dezibel und Fehler von mehreren zehntel Grad bei der Ausrichtgenauigkeit und eine Zunahme von mehreren Dezibel bei den Nebenzipfeln.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Ausbildung einer haftenden Wasserfolie und die Bildung von Wasserkeilen üblicherweise verhindert. Die Auswirkungen nach Regenschauern sind von vernachlässigbarer Dauer, da es keine Austrockenperiode gibt.

In Fig. 2A ist eine Draufsicht der Schutzabschirmung dargestellt. Die Abschirmung hat eine rechteckige Außenlinie und eine planare Konfiguration.

Fig. 4 zeigt den Querschnitt der erhobenen Fläche der Abschirmung, die typisch ist für den Bereich, der über den Dipolelementen angeordnet ist. Die erhobene Fläche ist eine Vielschichtstruktur. Die Schichten 21 und 23 bestehen aus einerDicke von etwa 0,35 mm (0,014 Zoll). Die Schicht 22 ist eine starre Harzschaumschicht mit geschlossenen Zellen und einer Dicke von etwa 1,6 cm (0,64 Zoll) zwischen den beiden glasfaser-verstärkten Folien. Die Schicht 25 ist eine etwa 0,225 mm (0,009 Zoll) dicke, glasfaser-verstärkte harzgefüllte Folie, an ihrer oberen Oberfläche mit Teflon imprägniert. Ein Polyesterharz ist ein geeignetes Harz zum Füllen der Fiberglasfolien der Schichten 21 und 23 und der unteren Oberfläche von 25. Ein geeignetes Material für die starre Schaumschicht 22 ist ein Polyvinylchlorid.

Eine flexible geschäumte Harzschicht 24 mit geschlossenen Zellen ist an der unteren Oberfläche der Fiberglasfolie 23 befestigt. Diese Schicht 24 hat eine Dichte von etwa 0,04 g/cm³, und sie ist etwa 1,25 cm dick. Ein geeignetes Material für die Schicht 24 ist ein vernetztes Polyäthylen geringer Dichte. Befindet sich die Abschirmung in Position auf der Bodenebene 12, dann ist die innere Schicht 24 der Abschirmung gegen die äußeren Oberflächen der Dipolelemente gepreßt und ergibt eine zusätzlich verteilte Abstützung für die Abschirmung über die Anordnung.

Die Schicht 25 ist an der äußeren Oberfläche der Folie 21 befestigt, um die regenisolierende Eigenschaft der Abschirmung zu verbessern. Die Teflonimprägnierung für die obere Oberfläche der Schicht 25 ist ausgewählt wegen der Abriebbeständigkeit und der Wasserisolierfähigkeit, die Teflon der Abschirmung verleiht. Eine letzte Schicht 26 ist ein hydrophober Überzug der eine nominelle Dicke von etwa 0,05 mm hat. Er besteht aus einem klebrigen Grundierungsüberzug, mit dem Teilchen aus pyrogenem Siliziumdioxid (SiO₂) mit einer Größe von etwa 0,5 bis 1 µm auf der teflonimprägnierten Oberfläche der Schicht 21 haften.

Die gerade beschriebene Abschirmung ergibt die erforderlichen Schutzfunktionen während einer vernünftigen Lebensdauer ohne Beeinträchtigung der elektrischen Leistungsfähigkeit der Anordnung.

Die Hochfrequenztransparenz der Abschirmung ist bei Aufrechterhaltung der erforderlichen mechanischen Festigkeit hauptsächlich dem Einsatz fester Folienmaterialien mit geeignet geringer Dicke zuzuschreiben, die zwischen sich eine geeignete Dicke eines starren Schaumes geringer Dielektrizitätskonstante in einer Sandwichkonstruktion aufweisen. Eine auf die Wetterschutzhaube einfallende Welle, die auf die fiberglashaltigen Schichten 21 bis 25 auftrifft, wird teilweise reflektiert und teilweise durchgelassen. Der teilweise durchgelassene Teil der ankommenden Welle pflanzt sich durch den Schaumkern 22 fort und wird beim Auftreffen auf die fiberglasverstärkte Schicht 23 wieder teilweise reflektiert und teilweise durchgelassen. Bei einer geeigneten Auswahl der Dicke für den Schaumkern pflanzen sich der Teil, der von den Schichten 21-25 zurückreflektiert wird und der Teil, der nach Rückreflexion von der Schicht 23 bei Schicht 21-25 ankommt, um 180° phasenverschoben fort und löschen sich gegenseitig aus. Durch richtige Auswahl der Ausbildung des Sandwichs wird daher ein beträchtlicher Teil der Reflexion von den Fiberglasschichten 21-25 und 23 ausgelöscht und die Durchlässigkeit durch die Wetterschutzhaube verbessert.

Die Hochfrequenzqualität der Abschirmung wird auch stark durch den Einsatz einer aus flexiblem Polyäthylenschaum bestehenden Schicht 24 beeinflußt, die zwischen der fiberglasgefüllten Folie 23 und den oberen Kanten der Dipolsubstrate angeordnet ist. Die somit gegebene verteilte Abstützung gestattet die Minimierung der Dicke der fiberglasverstärkten Schichten und reduziert die Menge an reflektierter Energie. Der flexible Schaum wird so ausgewählt, daß er eine minimale Dichte und eine minimale Dielektrizitätskonstante aufweist, um die Einwirkung auf die Hochfrequenz-Fortpflanzung und die gegenseitige Kopplung zwischen den Dipolelementen zu vermindern. Der Schaum hat weiter den Zweck, abstützend die nächste innere Fiberglasschicht 23 der Abschirmung um einen angemessenen Abstand von Dipolelementen zu verschieben, um eine vernachlässigbare Einwirkung auf das gegenseitige Koppeln zwischen den Dipolelementen zu verursachen. Diese Vorsorgemaßnahme minimalisiert die Auswirkung der Wetterschutzhaubenabschirmung auf die Leistungsfähigkeit der Anordnung. Der Schaum hat eine Dicke von etwa 1,25 cm. Der Abstand ist von der Wellenlänge abhängig und, obwohl eine Sache der Toleranz der Ausführungsform, sollte dieser Abstand vom Blickpunkt der elektrischen Leistungsfähigkeit in der Größenordnung einer viertel Wellenlänge und wahrscheinlich mehr liegen.

Die elektrischen Parameter der fünf Schichten, die die Abschirmung bilden, haben in einer praktischen, vom Computer optimierten Ausführung für den mittleren C-Band-Frequenzbereich die folgenden Werte:

Eine Computeranalyse der Verlust-Leistungsfähigkeit der Abschirmung wurde durchgeführt, bei der die Verluste für eine senkrechte Polarisierung (das E-Feld senkrecht zur Ebene eines einfallenden und entsprechenden reflektierten Strahls) und für eine horizontale Polarisierung (das E-Feld in der Ebene eines einfallenden und damit verbundenen reflektierten Strahls) separat errechnet wurden. Die Leistungsfähigkeit hinsichtlich des Verlustes wurde bei bestimmten Frequenzen im mittleren C-Band- Frequenzbereich und über Winkelstrahlablenkungen von 0-45° errechnet. Bei der Optimierung entsprechend den ausgewählten Parametern wurde der Verlust am unteren Ende des Bandes auf etwa 0,05 db minimiert, wobei der größte Verlust von etwa 0,08 db am oberen Ende des Bandes auftrat. Die Verluste für die senkrechten gegenüber den parallelen Polarisationen waren nahezu gleich, wobei beide innerhalb von etwa 0,02 db voneinander bei gleicher Frequenz und gleichem Verstellwinkel lagen. Bei der gleichen Optimierung treten die größeren Verluste bei einem Verstellwinkel von 0 und die geringeren Verluste bei dem maximalen Verstellwinkeln auf. Am unteren Teil des Bandes betrug der Verlustunterschied zwischen Verstellwinkeln von 0-45° etwa 0,01 db, während er am oberen Ende des Bandes etwa 0,04 db betrug.

Die Computeranalyse der Verlustwerte der Abschirmung ist sehr genau und erfordert die Eingabe der aufgeführten Eigenschaften jeder der fünf Schichten. Die Berechnung der Verlustwerte ist in einem Sinne genau, daß sie eine Annahme zur Folge hat, daß jede der fünf Schichten zwei Oberflächen aufweist, bei denen eine Reflexion auftreten kann und sowohl Reflexions- als auch Streuverluste umfaßt.

Während das Computerprogramm eine "genaue Lösung" zur Folge hat, sollte auf verschiedene Punkte beim Entwurf hingewiesen werden. Die elektrischen Verlustwerte der Fünfschichtkonfiguration können mit einem Fehler von ±10% durch ein Dreistücksandwich angenähert werden, das aus zwei dünnen dichten Schichten besteht, die um eine ungradzahlige Zahl von viertel Wellenlängen im Abstand zueinander liegen.

Der Abstand (S _o ) für die ausgewählte Frequenz wird folgendermaßen angenähert:

worin

n = 0, 1, 2, 3, usw. λ o = Wellenlänge der ausgewählten Frequenz im Vakuum, d = Dicke der dichten Schichten, e = relative Dielektrizitätskonstante der dichten Schichten.

Der Reflexionskoeffizient für eine Wand der allgemeinen Drei- Schicht-Sandwichkonfiguration kann aus den elektrischen Dicken der fiberglasverstärkten "Häute" und dem Schaumkern sowie der relativen Dielektrizitätskonstante beider errechnet werden.

Die Gleichungen und Messungen zeigen, daß die elektrischen Verluste mit der ausgewählten Frequenz vermindert werden, wenn die starre Schaumschicht 23 des hypothetischen Sandwichs und die flexible Schaumschicht 24 verminderte Dielektrizitätskonstanten und verringerte Tangenswerte des jeweiligen Verlustwinkels aufweisen. Außerdem verbessert ein Verdünnen der Fiberglasschichten 21-25 und 23 die elektrische Leistungsfähigkeit der Abschirmung.

Bei der optimierten Ausführungsform, die ein sich Verlassen auf die durch flexible Schicht 24 gegebene verteilte Abstützung einschließt, wurde festgestellt, daß die mechanische Steifheit der Abschirmung bei einer Verminderung der Dicke der Schichten 21 und 23 um einen Faktor 2 angemessen war. Die elektrischen Verlustwerte wurden daher gegenüber der bekannten Ausführungsform der Wetterschutzhaube um einen Faktor 3 verringert.

Weitere Einzelheiten der Konstruktion der Abschirmung sind am besten in den Fig. 2 und 3 ersichtlich. Das Fünf-Schichtsandwich der Abschirmung ist in im wesentlichen unbeweglichem Eingriff mit den äußeren Oberflächen der Dipolelemente durch drei Strukturteile 15, 16 und 17 getragen. Das Teil 15 ist ein Rand, der um den Umfang der Abschirmung herum vorgesehen ist und eine Tiefe hat, die erforderlich ist, eine Anpassung an die vorstehenden Dipolelemente zu erhalten. Der Rand 15 geht über in ein integrales Bildrahmenteil 17, das um den Umfang des Fünfschicht- Sandwichs herum verläuft und eine direkte Abstützung für das Sandwich schafft. Der Rand geht auch in einen integralen Flansch 16 über, durch den Rand 15 und damit die Abschirmung auf der Fläche des Gerätegehäuses abgestützt ist. Die drei Teile 15, 16 und 17 sind im wesentlichen Bauteile.

Der Rand 15, der Flansch 16 und Rahmen 17 sorgen für die bauliche Integrität der Abschirmung, wenn sie sich im unmontierten Zustand befindet und für den unter Spannung folgenden Eingriff der Abschirmung mit den Antennenelementen, wenn montiert.

In der montierten Position wird der Flansch 16 durch vier schwenkbare Teile 18, die an den Wänden des Gehäuses montiert sind, an Ort und Stelle gehalten. Die schwenkbaren Teile 18 schließen jeweils einen unter Druck schwenkbaren Aluminiumwinkel ein, der in die Stellung über dem Flansch einschnappt und diesen Flansch in Eingriff mit der Bodenebene preßt. Stifte 19, die um den Umfang der Gerätefläche im Abstand angeordnet sind, passen mit entsprechenden Löchern im Flansch zusammen, um die genaue Ausrichtung der Abschirmung auf der Gerätefläche sicherzustellen. Die Stifte nehmen auch Zugspannungen auf, die auftreten, wenn sich die Abschirmung bei einer tieferen Temperatur befindet als das Gerätegehäuse.

Die Flanschabmessungen sind so eingestellt, daß um den Umfang der Abschirmung die flexible Schaumschicht 24 etwas (üblicherweise etwa 1,25 mm) zusammengepreßt wird. Das Zusammenpressen vermindert sich gegen das Zentrum der Anordnung und ist begleitet von einer nach außen gerichteten Biegung von etwa 0,625 mm am Zentrum der Abschirmung. Um eine merkliche Ausbiegung der inneren Fiberglasschicht zu verhindern, wenn der Schaumkern 24 zusammengepreßt ist und somit zu verhindern, daß sich der Abstand zwischen den Fiberglasschichten 21-25 auf der einen Seite und der Fiberglasschicht 23 auf der anderen Seite verändert, ist der Schaumkern 22 ein "starrer" Schaum. Der Schaumkern 22 hat auch eine größere Dichte und somit eine größere Beständigkeit gegenüber Zusammenpressen. Sowohl die Schicht 23 als auch die Schicht 24, die verfügbare Schaummaterialien benutzen, haben nahe 1 liegende relative Dielektrizitätskonstanten, wobei die erstere bei etwa 1,09 und die letztere bei etwa 1,04 liegt. Materialien mit geringen Tangenswerten des Verlustwinkels sind erhältlich und werden benutzt.

Die Wirkung der Montagestruktur besteht darin, die Oberflächen der Abschirmung mit Bezug auf die Dipolelemente der Anordnung unter großen Variationen von Wind und Temperatur unbeweglich zu machen. Die Abstützung des Umfanges der Abstützung, die die Schicht 24 zusammenpreßt, vermindert vibrationsmäßige oder statische Verschiebungen der Abschirmung bei einer unter Windbelastung stehenden Abschirmung. Bei der praktischen Ausführung verursachten Verschiebungen des Zentrums der Abschirmung unter dem Einfluß von direktem Winddruck über einen Geschwindigkeitsbereich von 0 bis etwa 120 km/h (0-75 mph) differenzielle Auslenkungen am Zentrum der Abschirmung von weniger als etwa 0,625 mm (0,025 Zoll). In einem Temperaturbereich von etwa -30°C bis etwa +50°C Umgebungstemperatur (in der Sonne) traten Auslenkungen von weniger als etwa 0,625 mm auf (mit Fiberglasschichten mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 14,4 × 10^-6 cm/cm/°C - entsprechend 8 × 10^-6 Zoll/Zoll/°F). Auslenkungsbereiche dieser Größenordnung beeinflussen die elektrische Leistungsfähigkeit der Antennenanordnung nicht. Die Teile 15, 16 und 17 sorgen auch für eine dauerhafte wasserdichte und staubfreie Verbindung zwischen der Abschirmung und dem Gerätegehäuse.

Während die elektrische Ausführung der Abschirmung in bezug zur Frequenz bemessen werden kann, neigt die Masse der Abschirmung dazu, seine Anwendung auf Frequenzen oberhalb von 1 GHz zu begrenzen. Bei Frequenzen oberhalb von 10 GHz kann die Dicke der Schaumschicht 22 ein ungradzahliges Vielfaches einer viertel Wellenlänge betragen. Die Schaumschicht 24 kann die hier vorgeschlagenen minimalen elektrischen Abmessungen überschreiten, ohne daß ein merklicher Verlust an elektrischer Wirksamkeit auftritt. Dicke und Festigkeit der Schaumschichten müssen eingestellt werden in Beziehung zu den Gesamtabmessungen der Abschirmung, um die erwünschte Starrheit oder Freiheit von Ausbiegung zu erhalten. Die hier vorgeschlagenen Abschirmungsdicken sind geeignet für eine Öffnung von etwa 244 cm (8 Fuß), und die Schaumdicken sind für einen Betrieb über den mittleren C-Bandbereich optimiert.

Claims (6)

1. Schutzabschirmung (10) für eine Anordnung aus einer Vielzahl gleicher Dipolelemente (14), die von einer Bodenebene (12) hervorstehen, wobei die Abschirmung eine minimale Auswirkung auf das Strahlungsmuster und die aktive Impedanz der Anordnung hat, gekennzeichnet durch:

• A) eine erste dünne Schicht (25) aus einer glasfaserverstärkten Konstruktion, die auf der einen Oberfläche Teflon-gefüllt ist, um die Benetzung und die Oberflächenverunreinigung zu vermindern und die auf der anderen Oberfläche, die mit einer Oberfläche einer zweiten Schicht (21) verbunden ist, harzgefüllt ist;
• B) eine zweite dünne Schicht (21) aus einer glasfaserverstärkten, harzgefüllten Konstruktion;
• C) eine dritte dicke Schicht (22) aus einer Schaumkonstruktion geringer Dichte mit einer geringen Dielektrizitätskonstanten, wobei die eine Oberfläche mit der anderen Oberfläche der genannten zweiten Schicht (21) verbunden ist;
• D) eine vierte dünne Schicht (23) aus einer glasfaser-verstärkten, harzgefüllten Konstruktion, deren eine Oberfläche mit der anderen Oberfläche der genannten dritten Schicht (22) verbunden ist und
• E) eine fünfte dicke Schicht (24) aus einer Schaumkonstruktion geringer Dichte mit einer geringen Dielektrizitätskonstanten, deren eine Oberfläche mit der anderen Oberfläche der genannten vierten Schicht (23) verbunden ist und die in wesentlichem Kontakt mit den Dipolelementen (14) steht, wenn sich die Abschirmung (10) an Ort und Stelle befindet, um dieser Abschirmung eine verteilte Abstützung zu verleihen, wobei die fünfte Schicht (24) eine angemessene Dicke hat, um die vierte Schicht (23) in einem genügenden Abstand von den Dipolelementen zu halten, um ein merkliches Beeinflussen des wechselseitigen Koppelns zwischen den Dipolelementen zu vermeiden, wodurch die Strahlungsmuster und die aktiven Impedanzen der Anordnung durch die Anwesenheit oder Abwesenheit der Abschirmung im wesentlichen unbeeinflußt sind und die Schichten Dicken haben, die ausgewählt sind, um Verluste zu minimieren, die durch Reflexionen von den Schichten während der Übertragung und/oder Aufnahme von Hochfrequenzsignalen in besonderen Frequenzbändern verursacht sind.

2. Schutzabschirmung nach Anspruch 1 zur Verwendung bei Frequenzen oberhalb einem GHz, wobei die dritte Schaumschicht (22) eine Dicke aufweist, die etwa einer ungradzahligen Anzahl von Viertelwellenlängen in diesem Schaum entspricht, um eine optimale Auslöschung von Reflexionen zu erhalten, verursacht durch die glasfaser-verstärkten Schichten (21, 25) auf der einen Seite dieser dritten Schicht mit Reflexionen verursacht durch die glasfaser-verstärkte Schicht (23) auf der anderen Seite der Schaumschicht (22) und wobei die fünfte dicke Schaumschicht (24) eine Dicke hat, die im wesentlichen gleich einem Viertel der elektrischen Wellenlänge oder größer ist bei dem Betriebsfrequenzband, um die Beeinflussung des gegenseitigen Kuppelns zu vermeiden.

3. Schutzabschirmung nach Anspruch 2, worin die dritte Schicht (22) ein starrer Schaum ist, um die Trennung zwischen den Glasfaserschichten, die an die jeweiligen Oberflächen der Schaumschichten gebunden sind, sicherzustellen und die mehrschichtige Abschirmungsstruktur zu versteifen; die Bodenebene (12) ein festes Bauteil ist, das die vorspringenden Dipolelemente (14) abstützt und die fünfte Schicht (24) ein flexibler Schaum ist, der beim Zusammenpressen zwischen der vierten Schicht und den Dipolelementen die verteilte Abstützung für die Mehrschichtstruktur ergibt und eine zusätzliche Versteifung über die Abschirmung.

4. Schutzabschirmung nach Anspruch 3, worin die Abschirmung (10) mit einer festen strukturellen Abstützung (17, 15, 16) um den Umfang der Abschirmung herum versehen ist, mittels der die Abschirmung an der Bodenebene (12) befestigt ist, wodurch ein merklicher Anteil des äußeren Abschnittes der Abschirmung in elastischem Eingriff mit den Dipolelementen (14) gehalten ist, wobei die Abstützung statische und dynamische Verschiebungen der Abschirmung mit Bezug auf die Bodenebene aufgrund von Variationen der Temperatur und der Windgeschwindigkeit vermindert.

5. Schutzabschirmung nach Anspruch 4 zur Verwendung bei Frequenzen im mittleren C-Band, wobei die zweite Schicht (21) und vierte (23) Schicht eine Dicke von etwa 0,35 mm aufweisen, die dritte Schicht (22) eine Dicke von etwa 1,6 cm hat und eine Dielektrizitätskonstante von etwa 1,09 und die fünfte Schicht (24) eine Dicke von etwa 1,25 cm aufweist und eine Dielektrizitätskonstante von etwa 1,05.

6. Schutzabschirmung nach Anspruch 1, worin ein Überzug aus hydrophobem pyrogenem SiO₂ auf die äußere gefüllte Oberfläche der ersten Schicht (25) aufgebracht ist, um die Wasserkeilwirkung von Regen auf das Strahlungsmuster zu vermindern.