Verfahren zum Herstellen einer Hornantenne

Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Hornantenne. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Hornantenne.

Aus der DD 222 166 A1 ist eine Hornantenne mit Rillenstruktur bekannt, die in bekannter oder naheliegender Weise dimensioniert ist, wobei die Antenne mit der elektrisch wirksamen Rillenstruktur aus dünnem, gut leitfähigem Blech mit glatter Oberfläche oder durch nachträgliches Aufbringen gut leitfähiger Strukturelemente mit glatter Oberfläche auf die Innenwandung eines glatten Hornes hergestellt ist, um Ausführungsformen von und Herstellungsmöglichkeiten für

Rillenhornantennen anzugeben, die bei gleichen charakteristischen Werten des Richtdiagramms und bei ausreichender mechanischer Stabilität gegenüber bisherigen Ausführungen weniger Material enthalten, leichter sind, mit geringeren Kosten hergestellt werden können sowie auch nach der formgebenden

Bearbeitung hohe Oberflächenleitfähigkeit, geringe Oberflächenrauigkeit und damit geringe Verluste aufweisen.

Aus der FR 2 845 526 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer hochfrequenten Rillenhornantenne in Wellenleitertechnologie bekannt, das die folgenden Schritte umfasst: einen hornförmigen Schaumstoffblock aus Kunststoff nehmen, auf der Außenfläche des Schaumstoffblocks Rillen durch Verformung der Außenfläche bilden, die mit den Rillen versehene Außenfläche des Schaumstoffblocks oberflächlich metallisieren. Die Hornrillen werden durch Warmpressen des Schaumstoffblocks in einer Form gebildet. Die Oberflächenmetallisierung des Schaumstoffblocks erfolgt durch Spritzen oder mit dem Pinsel oder auch durch Tauchen. Außerdem ist aus der FR 2 845 526 A1 eine hochfrequente

Rillenhornantenne in Wellenleitertechnologie bekannt, die aus einem

Schaumstoffblock aus Kunststoff besteht, dessen Außenfläche mit Rillen versehen ist, die durch Verformung dieser Fläche ausgebildet werden, wobei diese Rillen metallisiert sind.

Aus der WO 2012/076994 A1 ist eine passive Komponente bekannt zum

Übertragen und Manipulieren elektromagnetischer Signale mit Frequenzen von 30 GHz bis 100 THz, wobei die Komponente wenigstens ein geripptes Wandelement alleine oder einen Zusammenbau aus wenigstens einem gerippten Wandelement in einem hohlen Führungsrohr umfasst. Die Komponente kann eine Hornantenne aufweisen. Zur Herstellung werden beispielsweise ein 3D-Druckverfahren, eine 2- Photonenen Photopolymerisation, ein Stereolithografie-Verfahren, ein selektives Lasersintern oder ein Elektronenstrahlschmelzen vorgeschlagen. Die Komponente oder eine Subkomponente wird nachfolgend selektiv oder allseitig

metallbeschichtete.

Die Veröffentlichung Yilei Huang, u.a: Layer-by-Layer Stereolithography of Three- Dimensional Antennas. In: IEEE Antennas and Propagation Society Symposium

Proc. 2005, Juli 2005, Seite 276-279, beschreibt eine lagenweise Stereolithografie dreidimensionaler Antennen am Beispiel von Hornantennen. Es wird

vorgeschlagen, zunächst eine dreidimensionale CAD-Antennenstruktur zu erzeugen, diese in Scheiben zu zerlegen und nachfolgend die Antenne in einem Stereolithografie-Verfahren herzustellen. Abschließend wird die feste 3D-Struktur metallisiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Hornantenne baulich und/oder funktional zu verbessern.

Die Aufgabe wird gelöst mit einer Hornantenne, wobei die Hornantenne aus mehreren Antennenteilen zusammengesetzt ist, wenigstens ein Antennenteil in einem generativen Fertigungsverfahren hergestellt ist, die Hornantenne für tiefe Frequenzen unterhalb ca. 1 GHz ausgelegt ist und das wenigstens eine

Antennenteil eine sektorartige Form aufweist.

Die Hornantenne kann auch als Hornstrahler bezeichnet werden. Die Hornantenne kann zum Senden und/oder Empfangen in einem VHF-Bereich dienen. Die

Hornantenne kann zum Einsatz im Satellitenfunk dienen. Die Hornantenne kann zum Senden und/oder Empfangen in einem P-Band dienen. Die Hornantenne kann zum Senden und/oder Empfangen bei einer Frequenz von 5,4Ghz dienen.

Die Hornantenne kann einen Antennenkanal aufweisen. Die Hornantenne kann eine Halsöffnung und eine Mundöffnung aufweisen. Die Hornantenne kann zwischen ihrer Halsöffnung und ihrer Mundöffnung eine Hornlänge aufweisen. Die Halsöffnung kann eine kleinere Querschnittsfläche als die Mundöffnung

aufweisen. Der Antennenkanal kann ausgehend von der Halsöffnung eine sich in Richtung der Mundöffnung vergrößernde Querschnittsfläche aufweisen. Die Querschnittsfläche des Antennenkanals kann sich über die Hornlänge proportional erweitern. Die Querschnittsfläche des Antennenkanals kann sich über die

Hornlänge konisch erweitern. Die Querschnittsfläche des Antennenkanals kann sich über die Hornlänge überproportional erweitern. Die Querschnittsfläche des Antennenkanals kann sich über die Hornlänge exponentiell erweitern. Die

Querschnittsfläche des Antennenkanals kann sich über die Hornlänge gaußförmig erweitern. Der Antennenkanal kann eine trichterartige Form aufweisen.

Die Hornantenne kann zur Aufteilung in Antennenteile in einer Querschnittsfläche sektorartig aufgeteilt sein. Die Hornantenne kann zur Aufteilung in Antennenteile senkrecht zur Hornlänge aufgeteilt sein. Die Hornantenne kann zur Aufteilung in Antennenteile in einer Querschnittsfläche in vier Sektoren aufgeteilt sein. Das wenigstens eine Antennenteil kann sich über die gesamte Hornlänge erstrecken. Das wenigstens eine Antennenteil kann sich über einen Teil der Hornlänge erstrecken. Das wenigstens eine Antennenteil kann eine schalenartige Form aufweisen. Das wenigstens eine Antennenteil kann mithilfe eines 3D-Druckers hergestellt sein. Das wenigstens eine Antennenteil kann in einem physikalischen oder chemischen Härtungs- oder Schmelzprozess hergestellt sein. Das wenigstens eine Antennenteil kann durch selektives Laserschmelzen, selektives

Elektronenstrahlschmelzen, selektives Lasersintern, Stereolithografie, Digital Light Processing, Polyjet-Modeling und/oder Fused Deposition Modeling hergestellt sein. Das wenigstens eine Antennenteil kann aus Kunststoff, Kunstharz, Keramik und/oder Metall hergestellt sein. Das wenigstens eine Antennenteil kann zur einteiligen Herstellung mithilfe eines 3D-Druckers dimensioniert sein. Das wenigstens eine Antennenteil kann wenigstens einen Oberflächenabschnitt aufweisen. Der wenigstens eine Oberflächenabschnitt kann eine Oberfläche des Antennenkanals bilden. Das wenigstens eine Antennenteil kann wenigstens einen Innenabschnitt aufweisen. Der wenigstens eine Innenabschnitt kann innenseitig des wenigstens einen Oberflächenabschnitts liegen. Das wenigstens eine

Antennenteil kann zumindest abschnittsweise eine zellige Struktur aufweisen. Der wenigstens eine Innenabschnitt kann zumindest abschnittsweise eine zellige Struktur aufweisen. Das wenigstens eine Antennenteil kann zumindest

abschnittsweise eine Wabenstruktur aufweisen. Der wenigstens eine

Innenabschnitt kann zumindest abschnittsweise eine Wabenstruktur aufweisen. Der wenigstens eine Oberflächenabschnitt kann eine geschlossene Struktur aufweisen. Das wenigstens eine Antennenteil kann ein Leichtbauteil sein.

Das wenigstens eine Antennenteil kann zumindest abschnittsweise aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material hergestellt sein. Das wenigstens eine

Antennenteil kann oberflächlich zumindest abschnittsweise metallisiert sein. Das wenigstens eine Antennenteil kann in einer Sandwichbauweise hergestellt sein.

Die Hornantenne kann eine Rillenhornantenne sein. Die Hornantenne kann eine Apertur aufweisen. Die Hornantenne kann im Bereich ihrer Apertur eine geriffelte Oberfläche aufweisen. Die Hornantenne kann zirkulär symmetrisch sein. Die Hornantenne kann einen Durchmesser d>ca. 2m und eine Länge l>ca. 1 ,5m aufweisen. Die Hornantenne kann aus gleichen Antennenteilen zusammengesetzt sein. Das wenigstens eine Antennenteil kann wenigstens einen Verbindungabschnitt zur Verbindung mit wenigstens einem anderen Antennenteil aufweisen. Die

Hornantenne kann aus vier Antennenteilen zusammengesetzt sein. Die

Hornantenne kann aus acht Antennenteilen zusammengesetzt sein. Die

Antennenteile können miteinander elektrisch leitend verbunden sein. Die

Antennenteile der Hornantenne können miteinander lösbar verbunden sein. Die Antennenteile der Hornantenne können miteinander verschraubt sein.

Außerdem wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen einer derartigen Hornantenne, wobei die Homantenne mithilfe einer CAD-Anwendung in Antennenteile unterteilt wird, wobei die

Antennenteile jeweils zur einteiligen Herstellung mithilfe eines 3D-Druckers dimensioniert werden. Die Antennenteile können mithilfe der CAD-Anwendung jeweils zumindest abschnittsweise zellig strukturiert werden. Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem eine sektorierte, 3D-gedruckte Hornantenne. (Rillen- )Hornantennen können unter Ausnutzung von 3D-Druckern, einer resultierenden möglichen Gewichtsreduktion durch Wabenstruktur, leichte Materialien und/oder Sektorierung (Zerlegung in einzelne Teile) auch für tiefe Frequenzen hergestellt und transportabel gemacht werden. Bekannte und bewährte Antennenhorngeometrien, die für höhere Frequenzen bereits verwendet werden, können auf die Abmaße für tiefere Frequenzen skaliert werden. Beispiel für eine Skalierung vom X- zum P- Band: Eine X-Band-Antenne mit einem Durchmesser von 1 1 cm und einer Länge von 9cm kann auf eine Antenne mit einem Durchmesser von 2,5m und einer Länge von 2m skaliert werden. Eine grob kegelförmige Geometrie mit soliden Wänden kann mithilfe von CAD-Programmen zunächst in kleinere Segmente zerlegt werden. Jedes kleinere Teil der Geometrie lässt sich so einfacher herstellen, lagern und transportieren. Beispiel für das P-Band: Die Antenne kann in vier Sektoren zerlegt werden, wobei die Größe jedes Sektors die Abmaße von gängigen 3D-Druckern nicht übersteigt. Die massiven Wände können nachfolgend im CAD-Programm so ausgedünnt werden, dass im Inneren der Wand der Hornantenne nur eine stabile Wabenstruktur bestehen bleibt. Die einzelnen Segmente können nachfolgend mit einem 3D-Drucker hergestellt werden. Sofern als Ausgangsmaterial für den 3D-Druck Plastik (und kein leitfähiges Metall) gewählt wird, können die Segmente nachfolgend metallisiert werden. Die einzelnen Segmente können abschließend leitend miteinander verschraubt werden. Zu Transportzwecken (z. B. zwischen Einsatzort und Kalibriereinrichtung) kann die Antenne auch wieder in Einzelteile zerlegt werden. Große (Rillen- )Hornantennen können zu vergleichsweise niedrigen Kosten auch für tiefere als bisher übliche Frequenzen hergestellt werden. Einschränkungen beim Einsatz von (Rillen-)Hornantennen bei tiefen Frequenzen durch ein hohes Gewicht, einen großen Materialeinsatz, und Limitierungen mechanischer Werkbänke können umgangen werden. Das Nutzen eines 3D-Druckers erlaubt die einfache

Herstellung von Antennenwänden mit Wabenstrukturen an Stellen, wo bisher Vollmaterial verwendet wurde. Der 3D-Druck erlaubt zusätzlich, auch komplexe (Rillen)-Strukturen einfacher in einzelnen Teilen zu fertigen. Im Vergleich zum

Drehen muss nicht der gesamte Durchmesser der Antenne in einem Arbeitsgang hergestellt werden.

Mit„kann" sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Demzufolge gibt es jeweils ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweist.

Mit der Erfindung wird ein Kompromisserfordernis reduziert. Eine

Einsatzmöglichkeit in der Antennenmesstechnik wird verbessert. Eine

Einsatzmöglichkeit als Referenzantenne für Antennengewinnmessungen wird verbessert. Eine Einsatzmöglichkeit als Einspeiseantenne für Parabolantennen wird verbessert. Eine Abstrahlcharakteristik wird verbessert. Eine Strahlenbündelung wird verbessert. Eine Unterdrückung von Nebenkeulen wird verbessert. Eine Polarisationsreinheit wird verbessert. Eine Einsatzmöglichkeit als Komponente von Kalibriertranspondern für Radarsysteme wird verbessert. Eine Einsatzmöglichkeit für niedrige Frequenzen wird verbessert. Eine Transportierbarkeit wird erleichtert. Ein Gewicht wird reduziert. Eine Flexibilität bei einer Herstellung wird erhöht. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf eine Figur näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieses Ausführungsbeispiels können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen

verbundene Merkmale dieses Ausführungsbeispiels können auch einzelne

Merkmale der Erfindung darstellen.

Die Figur zeigt schematisch und beispielhaft eine Hälfte einer mehrteiligen

Hornantenne 100 in segmentierter perspektivischer Darstellung. Die Hornantenne 100 weist eine Halsöffnung 102 und eine Mundöffnung 104 auf, zwischen denen sich ein Antennenkanal 106 entlang einer Hornlänge erstreckt. Die Halsöffnung 102 weist eine kleinere Querschnittsfläche als die Mundöffnung 104 auf. Der Antennenkanal 106 weist ausgehend von der Halsöffnung 102 über die Hornlänge eine sich in Richtung der Mundöffnung 104 überproportional vergrößernde

Querschnittsfläche auf. Der Antennenkanal 106 weist innenseitig Radialrillen auf. Die Radialrillen sind mithilfe umlaufender, nach radial innen gerichteter Radialstege, wie 108, gebildet. Halsöffnungsseitig weist der Antennenkanal 106 Axialrillen auf. Die Axialrillen sind mithilfe umlaufender, nach axial in Richtung der Mundöffnung 104 gerichteter Axialstege, wie 1 10, gebildet. Die Hornantenne 100 ist zur generativen Herstellung mithilfe eines 3D-Druckers vorliegend sowohl sektorartig als auch senkrecht zur Antennenkanalachse segmentiert. Vorliegend ist die Hornantenne 100 in vier Sektoren und zwei Längsteile unterteilt. Die Hornantenne 100 weist vorliegend somit acht

Antennenteile auf. In der Figur, die eine Hälfte der Hornantenne 100 zeigt, sind vier Antennenteile 1 12, 1 14, 1 16, 1 18 ersichtlich.

Die mundöffnungsseitigen Antennenteile 1 12, 1 14 weisen die Radialstege 108 auf. Die halsöffnungsseitigen Antennenteile 1 16, 1 18 weisen die Axialstege 1 10 auf. Damit werden Abstahlcharakteristik und Baugröße günstig beeinflusst. Die

Antennenteile 1 12, 1 14, 1 16, 1 18 weisen jeweils Verbindungsabschnitte, wie 120, zur gegenseitigen Verbindung auf. Vorliegend sind die Verbindungsabschnitte 120 jeweils laschenartig mit einem Loch zur Aufnahme von Schrauben ausgeführt.

Die Hornantenne 100 wird mithilfe eines CAD-Programms konstruiert und unterteilt. Dabei erfolgt eine Auslegung auf vorbestimmte Frequenzen,

insbesondere auf niedrige Frequenzen, die große Abmessungen der Hornantenne 100 bedingen. Bei der Unterteilung in die Antennenteile 1 12, 1 14, 1 16, 1 18 wird eine Druckbarkeit mithilfe eines 3D-Druckers derart berücksichtigt, dass die Antennenteile 1 12, 1 14, 1 16, 1 18 jeweils einteilig mithilfe des 3D-Druckers herstellbar sind. Um ein geringes Gewicht bei hoher mechanischer Stabilität zu erreichen, werden die Antennenteile 1 12, 1 14, 1 16, 1 18 mithilfe des CAD-Programms ausgedünnt und eine Wabenstruktur wird berechnet. Die Antennenteile 1 12, 1 14, 1 16, 1 18 weisen dann im Inneren die Wabenstruktur bei geschlossener Oberfläche auf. Wenn die Antennenteile 1 12, 1 14, 1 16, 1 18 aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff hergestellt werden, werden die Antennenteile 1 12, 1 14, 1 16, 1 18 nach ihrer Herstellung oberflächlich metallisiert.

Die Antennenteile 1 12, 1 14, 1 16, 1 18 sowie weitere, hier nicht gezeigte

Antennenteile werden, beispielsweise mithilfe eines leitfähigen Füllmittels, elektrisch leitend zu einer Hornantenne 100 verbunden.

Bezugszeichen

100 Hornantenne

102 Halsöffnung

104 Mundöffnung

106 Antennenkanal

108 Radialsteg

110 Axialsteg

112 Antennenteil

114 Antennenteil

116 Antennenteil

118 Antennenteil

120 Verbindungsabschnitt