Diehl BGT Defence GmbH & Co. KG, Alte Nußdorfer Straße 13, 88662 überlingen

Mikrowellengenerator und Reflektor

Die Erfindung betrifft einen Mikrowellengenerator bzw. einen Reflektor gemäß dem jeweiligen Oberbegriff der Hauptansprüche.

Ein derartiger Generator ist in der DE 1 03 286 B3 unter Bezugnahme auf die DE 1 01 51 565 B4 funktional und konstruktiv näher beschrieben. Er dient einem jeweils kurzzeitigen Erzeugen und Abstrahlen gedämpfter Sinusschwingungen mit mittleren Wellenlängen, die, bauartbedingt, typisch zwischen 60 und 600 cm betragen. Für das Generieren derartiger Abstrahlung wird die auf Hochspannung aufgeladene Kapazität zwischen einem flaschenförmigen Resonator und einem koaxial ihn umgebenden Hohlzylinder über eine Funkenstrecke am Resonator-Boden entladen. Das führt zu einem steil einsetzenden und stark oszillierenden Stromfluss auch über eine an den Flaschenhals konzentrisch sich anschließende, zur Impedanzanpassung trichterförmig sich aufweitende Antenne und zu breitbandiger Abstrahlung eines Mikrowellenspektrums derart hoher Energiedichte, dass in der näheren Umgebung aufgebaute Funkverbindungen zumindest beeinträchtigt und elektronische Schaltungen insbesondere eingangsseitig gestört oder sogar zerstört werden können. Die räumliche Abstrahlcharakteristik eines solchen Generators mit integrierter Antenne entspricht derjenigen eines Dipols mit ausgeprägten Minima in Längsrichtung.

Zur Beeinflussung der Wirkrichtung des abgestrahlten Spektrums, womit zugleich eine

Steigerung des Gewinns der Dipolantenne um typisch 5 dB einher geht, wird der gattungsgemäße Generator der ersterwähnten Vorveröffentlichung zufolge vor einer Metallplatte betrieben. Die Wirkung eines solchen ebenen passiven Reflektors beruht auf einer überlagerung der von der Antenne abgestrahlten gedämpften Sinuswellen, wenn diese Reflektorplatte in jeder Richtung Abmessungen von mehr als der doppelten mittleren Wellenlänge des abgestrahlten Spektrums aufweist, während der

Strahlerabstand vor der Reflektorplatte in der Größenordnung von 20% bis 25% dieser Wellenlänge beträgt. Derartige Aufbauten erweisen sich allerdings bei vielen, insbesondere mobilen, Einsatzszenarien für solche Mikrowellengeneratoren als zu platzaufwendig.

Dieses anwendungsorientiert konstruktive Problem besteht mindestens gleichermaßen, wenn zu weiterer Steigerung des Antennengewinns (gegenüber dem Ergebnis vor einem ebenen Reflektor) an den Einsatz von dreidimensionalen Gebilden wie insbesondere von Winkelreflektoren oder von Parabolspiegeln gedacht wird. Denn die bedingen, bei ebenfalls konstruktiven Abmessungen vom Doppelten der Wellenlänge

(für die Winkelschenkel bzw. für den Spiegeldurchmesser), zusätzlich einen (gegenüber der flachen Platte) tieferen Einbauraum und außerdem noch größere Strahlerabstände.

In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die technische

Problemstellung zugrunde, kleiner bauende Reflektoren und Reflektorabstände zu realisieren und damit auch noch eine signifikante Verbesserung des Antennengewinns und der Richtungsabstrahlung bei kleinbauenden gattungsgemäßen Mikrowellengeneratoren zu erzielen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Kombination der wichtigsten in den Hauptansprüchen angegebenen Merkmale die Erscheinung nutzbar gemacht, dass eine elektromagnetische Welle sich im Dielektrikum signifikant langsamer als im Vakuum (oder auch noch durch die Luft hindurch) ausbreitet, was bei gleicher Frequenz einer Verkürzung der Wellenlänge gleichkommt. Bei gleich bleibendem

Antennengewinn kann deshalb unter Beibehalten der überlagerung von direkter und reflektierter Abstrahlung der Abstand des Strahlers vom Reflektor nach Maßgabe der vor der Trägerplatte im Dielektrikum eintretenden Verkürzung der Wellenlänge verringert werden.

Dabei muss keinesfalls der gesamte Abstand zwischen der Reflektorplatte und dem Generator bzw. seiner Antenne mit gegenüber Luft erhöhtem Dielektrikum gefüllt sein; schon mit einer dielektrischen Schicht auf der Reflektorplatte ergibt sich eine Verringerung des Antennenabstandes nach Maßgabe deren Dielektrizitätskonstante und des Abstands-Teilbereiches, der nicht von Luft sondern von diesem Dielektrikum eingenommen wird.

Die dem Generator mit seiner Antenne zugewandte Oberfläche des Dielektrikums muss auch nicht planparallel zur Oberfläche der tragenden Reflektorplatte verlaufen, sie kann durchaus eine unebene Topographie mit entsprechend örtlich unterschiedlichen Durchlaufzeiten aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung trägt die weiterhin planare Reflektorplatte einen dach- oder keilförmig, im

Querschnitt gleichschenklig ausgebildeten Körper aus Isolierstoff mit möglichst hoher Dielektrizitätskonstante, dessen First oder Scheitel parallel zur Längsachse der Generatorantenne verläuft und in der Praxis durchaus an sie heran reichen kann, womit sich dann der konstruktiv kleinstmögliche Antennenabstand zur Reflektorplatte ergibt. Elektrisch maßgeblich für den Antennengewinn und für die

Abstrahlcharakteristik ist nun die auf den Strahler bezogen relative Lage des vom Dielektrikum in den Raum hinter der Reflektorplatte projizierten, fiktiven Scheitelpunktes eines Winkelreflektors, dessen Scheitelwinkel sogar vorteilhafter kleiner als der des flach dreieckförmig vorkragenden dielektrischen Körpers ist. Der Gewinn kann deshalb nun trotz des kompakten Aufbaus mit ebener Reflektorplatte mindestens das Zwölffache oder 12 dB der einfachen Dipolabstrahlung ausmachen.

In der Regel ist der das Richtverhalten und den Antennengewinn bestimmende, elektrisch wirksame aber nur noch fiktive große Abstand zwischen Generator und Reflektorplatte von zwei Summanden abhängig, nämlich vom laufzeitbedingt reduzierten konstruktiven Antennenabstand zur Reflektorplatte, vergrößert um ein Maß gemäß der Dielektrizitätskonstanten des dielektrischen Körpers, gewichtet mit dessen Materialstärke. Der verbleibende konstruktive Abstand kann deshalb für gleiche elektrische Ergebnisse spürbar kleiner sein, als der ansonsten das Richtverhalten und den Antennengewinn bestimmende große Abstand von der Antenne zur unbeschichteten Reflektorplatte; oder gar zu einem fiktiven Scheitelwinkel hinter der Reflektorplatte.

Bezüglich zusätzlicher Alternativen und Weiterbildungen wird auch auf die Unteransprüche verwiesen. Näheres zur erfindungsgemäßen Lösung ergibt sich auch aus der Zeichnung mit den unmaßstäblichern Prinzipskizzen zweier bevorzugter Realisierungsbeispiele und deren nachstehender Beschreibung. Darin zeigt, jeweils im Querschnitt zur Generatorachse:

Fig. 1 die konstruktive Abstandsverringerung bei einer eben beschichteten

Reflektorkonfiguration mit parallel dazu orientiertem Generator und

- A -

Fig. 2 die Wirkung einer flach keilförmigen dielektrischen Belegung auf ebener Reflektorplatte.

Ein Abstand D zwischen einem vornehmlich über seine integrierte Antenne abstrahlenden Mikrowellengenerator 11 und einer planen Reflektorplatte 12 aus elektrisch leitendem Material oder mit elektrisch leitender Oberfläche erbringt eine bestimmte Richtwirkung und einen ausmessbaren Antennengewinn.

Die gleichen Charakteristika stellen sich ein, wenn gemäß Fig.1 die Reflektorplatte 12 mit einem (hier planparallelen) dielektrischen Körper 13 der Stärke oder Höhe a bestückt ist und die relative Lage des Mikrowellengenerators 11 auf den konstruktiv verbleibenden Abstand d reduziert wird. Diese Reduktion R ist (wie in Fig.1 formelmäßig angegeben) proportional der Summe aus dem reduzierten Abstand d und der Wurzel aus der Dielektrizitätskonstanten, letztere gewichtet mit der Höhe a des dialektischen Körpers 13.

Mittels unterschiedlicher Topographien von Körpern 13 sind über unterschiedliche Durchlaufzeiten in unterschiedlichen Bereichen des dielektrischen Körpers 13 gewisse imaginäre Reflektorstrukturen hinter der Trägerplatte 12 transformierbar, um ohne großen Einbautiefenbedarf, nämlich auf einer ebenen Reflektorplatte aufbauend, unter

Steigerung des Antennengewinns geometrisch vorgegebene Abstrahlcharakteristiken anzunähern. Im Beispielsfalle der Fig.2 trägt die Reflektorplatte 12 einen gleichschenklig dach- oder keilförmigem dielektrischen Körper 13, der mit seinem First um die Höhe a auf den mit dem konstruktiven Abstand d achsparallel davor angeordneten Mikrowellengenerator 11 zu weist. Hinsichtlich der Abstrahlcharakteristik und des Antennengewinns entspricht diese Konfiguration einem sehr viel größeren originären Abstand D vom Scheitelpunkt S eines tatsächlichen Winkelreflektors, der hier aber nur durch den flach keilförmigen dielektrischen Körper 13 nachgebildet ist. Dabei wird der distanziert vor der Platte 12 gelegene große Scheitelwinkel des flachen Körpers 13 in einen kleineren Innenwinkel beim imaginären Scheitelpunkt S auf der vom Generator 11 abgelegenen Seite der Platte 12 transformiert, was den Abstrahlgewinn zusätzlich steigert. Denn man kann zeigen, dass ein Winkelreflektor mit 90° Innenwinkel gegenüber einem Dipol typisch um 8 dB Antennengewinn liefert, ein Scheitelwinkel von nur 60° aber schon bis über 12 dB.

Die Erfindung betrifft deshalb auch zur Abstrahlbeeinflussung unter Abstandsreduzierung dielektrisch verkürzte Reflektoren der beschriebenen Arten als

solche, unabhängig von deren Anwendung bei kleinbauenden Mikrowellengeneratoren gattungsgemäßer Art. Stets kommt erfindungsgemäß neben dem Vorteil des reduzierten Abstands zwischen planarer Reflektortafel und Antenne die verbesserte Abstrahlgeometrie ohne Erfordernis tiefbauender Reflektoreinrichtungen zum Tragen, insbesondere bei Simulation eines Winkelreflektors durch einen dielektrischen Keil auf der Reflektorplatte. Dadurch können abstrahlende Systeme mittels Reflektoren optimiert werden, die hier andernfalls, wegen zu enger Einbauumgebung (wie etwa in einem Handgerät), angesichts der größeren erforderlichen Luftabstände zwischen Antenne und Reflektor oder wegen dessen Bautiefe nicht einsetzbar gewesen wären.

Jedenfalls führt erfindungsgemäß ein plattenförmiger Reflektor 12, der mit einem dielektrischen Körper 13 belegt ist, nach Maßgabe dessen Dielektrizitätskonstanter und der Relation zum verbleibenden Luftweg vor der Platte 12 zu kleiner bauenden Strukturen bzw. bei gleichem Strahlerabstand zu höherem Antennengewinn bei verbesserter Richtcharakteristik. Eine gleichschenklig dreieckförmige Topographie des dielektrischen Körpers 13 etwa bewirkt aufgrund lokaler Laufzeitunterschiede eine Transformation des flach vorragenden Firstes zu einem imaginären Winkelreflektor verkleinerten Scheitelwinkels hinter der Platte 12 mit entsprechend vergrößert wirksamem Strahlerabstand. Damit wird der Antennengewinn eines vor dem Reflektor 12 über seine integrierte Antenne kurzzeitig gedämpfte Sinusschwingungen abstrahlenden Mikrowellengenerators 11 bei verbesserter Bündelung der Richtcharakteristik signifikant erhöht.