DE19713735C1 - Verfahren zur Herstellung von polarisationsselektiven Reflektoren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her­ stellung von Gittern für polarisationsselektive Reflektoren (PSR), die insbesondere als raumfahrttaugliche Parabolan­ tennen einsetzbar sind. Ein derartiger Reflektor besteht in der Regel aus zwei hintereinander angeordneten reflektie­ renden Schalen, von denen die in Einfallsrichtung der elek­ tromagnetischen Wellen gesehen vordere Schale nur Signale einer Polarisation reflektiert und die Signale der anderen Polarisation transmittiert. Dies wird erreicht, indem auf der vorderen Schale ein lineares Gitter aufgebracht wird. In Sonderfällen besteht der Reflektor nur aus einer gitter­ tragenden Schale.

Optimale Transmission bzw. Reflektion werden durch einen speziellen Aufbau erreicht, bei dem ein lineares Gitter, das auf die Oberfläche einer hochfrequenz-transparenten Schale aufgebracht wird, eine optimale Reflektion ermög­ licht, während die optimale Transmission durch eine spezi­ elle Auslegung bezüglich Material und Dimensionierung für die dielektrische Schale erreicht wird. Bei diesem Aufbau sind Strukturfunktion und Hochfreuqenz-Funktion weitgehend verkoppelt.

Die CH 634 691 A5 beschreibt einen Radarreflektor, der aus ei­ nem Kunststoff-Formkörper in Zellenbauweise besteht mit auf einer Aussenseite angebrachten elektromagnetisch reflektie­ renden Gitterstegen. Ein elektromagnetisch absorbierendes Material ist in die Zellen des Kunststoff-Formkörpers ein­ gebracht. Auf diese Weise wird das zur Erreichung von pola­ risierenden Eigenschaften benötigte absorbierende Material kostengünstig vor schädlichen Einflüssen vorwiegend klima­ tischer Art geschützt. Das lineare Gitter wird hierbei durch Anbringen paralleler Gitterstäbe hergestellt.

Aus dem Artikel von P. Edenhofer, M. Galka, J. Habersack, erschienen im nzt-Archiv, Bd. 6, 1984, Heft 10, S. 249 ff. ist ein polarisationstrennendes Dipolgitter für Offset- Reflektorantennen bei Nachrichten- und Fernerkun­ dungssatelliten bekannt; mit den verwendeten Dipolgittern lässt sich eine breitbandige kopolare Reflexion bei gleichzeiti­ ger Erhöhung des Kreuzpolarisationsabstandes erzielen. Das Gitter wird dabei durch Aufspannen paralleler Drahtgitter oder Aufdampfen paralleler Streifengitter erzeugt.

Die DE-OS 21 39 076 beschreibt Kurzwellenantennen, die li­ near polarisierte Kurzwellen verwenden, um eine selektive Reflexion und Ausstrahlung an bestimmten Oberflächen zu er­ halten. Hierzu ist eine Anzahl von leitenden Gittern vor einem Reflektor vorgesehen, deren Scheinleitwerte und ge­ genseitige Abstände und deren Abstände gegenüber dem Re­ flektor so bemessen sind, dass bei jeder von mehreren Be­ triebsfrequenzen die betreffenden Scheinleitwerte für auf­ einander senkrecht stehende Komponenten einer linear pola­ risierten Welle eine relativ inverse Grösse und entgegenge­ setztes Vorzeichen aufweisen. Die Herstellung des Gitters erfolgt durch Aufkleben paralleler Drähte.

Nachteilig bei der bisherigen Technik der Gitterherstellung sind der hohe Preis des Gitters aufgrund der aufwendigen Fertigungstechnik und ein durch passive Intermodulation be­ dingtes Risiko, abhängig von der Fertigungstechnik (z. B. Laser-Schneidtechnik oder mechanische Bearbeitung plus Pho­ to-Ätztechnik).

Die polarisationsselektive Antenne ist einzuordnen in eine Klasse von Satellitennutzlastantennen.

Die steigenden Anforderungen an die Leistungsfähigkeit und der hohe Kostendruck bei Nachrichtensatelliten verlangen den Einsatz neuer Technologien. Dem Prinzip der asymme­ trisch gespeisten Parabolantennen, auch Offset- Reflektorantennen genannt, kommt wegen seiner günstigen konstruktiven Eigenschaft, d. h. fehlende Abschattung durch das Speisesystem und dessen Halterung, eine besondere Be­ deutung zu. Mit diesem Antennentyp lassen sich Strahlungs­ diagramme mit niedrigen Nebenkeulen erreichen in einfach oder komplex berandeten Gebieten durch Einsatz von Mehr­ fachspeisesystemen in Kombination mit Parabolreflektoren oder durch Einsatz von Einzelspeisesystemen in Kombination mit Reflektoren, die eine speziell geformte, vom Parabol abweichende Oberfläche aufweisen.

Bei linearer Polarisation wird zur Erzielung hoher Kreuzpo­ larisationsreinheit das Prinzip des eingangs beschriebenen polarisationsselektiven Reflektors eingesetzt (PSR). Die (vordere) Schale reflektiert Signale einer linearen Polari­ sation und transmittiert Signale der orthogonalen Polarisa­ tionsrichtung.

Dabei kommt den Reflektormaterialien, die für raumfahrt­ taugliche polarisationsselektive Parabolantennen verwendet werden, wegen der ständig steigenden Frequenz- und Genauig­ keitsanforderungen eine immer grössere Bedeutung zu.

Speziell bei gemeinsamem Sende- und Empfangsbetrieb über nur eine Antenne tritt beim polarisationsselektivem Reflek­ tor zu den Forderungen hoher Reflektivität für die ge­ wünschte Polarisation und niedriger Reflektivität für die orthogonale noch die Forderung nach einer Gittertechnolo­ gie, die frei ist von passiver Intermodulation (PIM). Die beiden ersten Forderungen bestimmen Material und Geometrie des Gitters und des dielektrischen Trägers. Die Erfüllung der dritten hängt wesentlich mit dem Herstellverfahren des Gitters zusammen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches, kostengünstiges und hochgenaues Verfahren anzugeben für die Herstellung des Gitters der (vorderen) Schale eines polari­ sationsselektiven Reflektors. Das nach dem neuen Verfahren hergestellte Gitter ist frei von passiver Intermodulation (PIM).

Ausgehend von einem grundsätzlich bekannten Verfahren der Ablage von Faserbündeln wird die Lösung dieser Aufgabe da­ durch erreicht, dass das Gitter mittels einer an und für sich bekannten Ablegemaschine in Gestalt von Drähten/Fasern ausgebildet wird, die auf einer Reflektorform nebeneinander abgelegt werden und dass die Schale anschliessend derart darauf aufgebaut wird, dass das vorab ausgebildete Gitter in die Schale zum Teil eingebettet wird. Als Faser für das Gitter kommen vorteilhafterweise Silberdrähte mit einem Durchmesser von z. B. 50 µ in Frage.

Die Drähte werden also numerisch gesteuert auf der Reflek­ torform, die mit einer speziellen - hinterher entfernbaren - Haftschicht versehen ist, abgelegt. Die Reflektorform un­ terliegt keinen besonderen Einschränkungen, d. h. kann pa­ rabolisch oder speziell geformt (geshaped) sein.

Auf dem so abgelegten Drahtgitter - dessen Dimensionen den Hochfrequenzen angepasst gewählt werden, (typische Abmes­ sungen: Drahtdurchmesser ≦ 0,05 mm, d (Abstand von Draht zu Draht) = 0,5 bis 1,5 mm) wird die Reflektorschale konven­ tionell aufgebaut aus beispielsweise einer mehrlagigen Kevlar Prepreg-Schicht für die vordere Deckhaut - einem Wabenkern - und einer der vorderen identischen hinteren Deckhaut. Das gesamte Sandwich inklusive Gitter wird auf der Form unter Temperatur verklebt.

Dabei wird das Gitter in das Harzsystem der vorderen Deck­ haut zum Teil eingebettet.

Bei diesem Prozess bleibt das Gitter in seiner Ablegegeome­ trie ungestört erhalten und hat also nahezu die Genauig­ keit, die mit der numerisch gesteuerten Maschine erreicht wird. Das gilt praktisch unabhängig von der Oberflächenform des Reflektors. Ausserdem werden die Drähte bei richtiger Wahl der Ablegeparameter(Vorspannung/Ablegegeschwindigkeit) ohne Unterbrechung abgelegt. Das bedingt die Freiheit von passiver Intermodulation. Die zwei weiteren dadurch beein­ flussten Parameter: stromführende Kontakte zwischen unter­ schiedlichen Metallen, stromführende Kontakte durch halb­ leitende Schichten auf Metall-Oberflächen, werden durch den Typ des Gitters grundsätzlich vermieden: es wird nur ein Silber-Drahtmaterial verwendet. Kontakte zwischen Drähten kommen innerhalb des Gitters nicht vor.

Ein weiterer günstiger Aspekt dieser Gitterherstelltechnik ist eine günstige Gestaltung der Erdung. Um kritische elek­ trostatische Aufladung zu vermeiden, müssen leitfähige Strukturen geerdet werden. Bei der neuen Gitterherstell­ technik stehen dafür mehrere Alternativen zur Verfügung:

• - das Gitter besteht aus einem quasi endlosen Draht, der mäanderförmig abgelegt und an beiden Enden geerdet wird.
• - das Gitter besteht aus mehreren Teildrähten, deren Enden über den Rand herausgeführt und in feldarmen Zonen mit ei­ nem Erdungsdraht durch Klemmen oder Löten verbunden werden. In beiden Fällen liegt die Erdungs-Verbindung ausserhalb der aktiven Reflektorzone.

Bedingt durch die beschriebenen Gitter-Fertigungstechnik, d. h. den Einsatz einer an und für sich bekannten Ablegema­ schine, bei der der einzelne Gitterdrahtstrang numerisch kontrolliert abgelegt wird, ist ein sehr einfacher, präzi­ ser und kostengünstiger Aufbau des Gitters eines polarisa­ tionsselektiven Reflektors hoher Genauigkeit und frei von passiver Intermodulation möglich.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein polarisationsselektiver Reflektor teilweise dargestellt ist. Dabei zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein derartiges Gitter,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Reflektorschale, und

Fig. 3 und 4 Erdungs-Konzepte des Gitters.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Schnitt ist mit 1 das er­ findungsgemäss hergestellte Gitter der (vorderen) Schale und mit 2 die (vordere) Schale eines polarisationsselekti­ ven Reflektors bezeichnet.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf die (vordere) Schale des Reflektors und Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Scha­ le. Man erkennt, dass hier ein lineares Gitter 1 aus elek­ trisch leitenden Fasern, vorzugsweise aus metallischen Drähten, z. B. Silberdrähten mit einem Durchmesser von bei­ spielsweise 50 µm angeordnet ist. Das Gitter wurde durch ei­ ne (nicht dargestellte) Ablegemaschine in numerisch kon­ trollierter Form nebeneinander auf einer Reflektorform ab­ gelegt. Nach der Gitterablage wird in herkömmlicher Weise ein Sandwich aus harzimprägniertem Kevlargewebe (Prepreg) und Wabe auf der mit Gitter belegten Form aufgebaut, so dass nach Herstellung der (Vorder)Schale das Gitter teil­ weise in die Harzschicht der vorderen Deckhaut eingebettet ist.

Fig. 3 und Fig. 4 zeigen zwei mögliche Erdungskonzepte für das Drahtgitter:

Fig. 3 zeigt die Ablage eines Endlos-Drahtes 1, der dann an beiden Enden ausserhalb des Reflektors mit einem Er­ dungsdraht 4 verbunden wird.

Fig. 4 zeigt die Erdungsmöglichkeit für einen Aufbau des Gitters aus langen Teildrähten 1, die mäanderförmig abge­ legt an den über der Reflektorwand herausgeführten Enden mit dem Erdungsdraht 4 verbunden werden.

Mit dem erfindungsgemässen Verfahren wird also der Vorteil erzielt, dass auf preiswerte Art und Weise Gitter von einer besonders hohen Qualität auf beliebig geformten Reflektor­ oberflächen erzeugt werden können, indem die bekannte Ablege­ maschine durch gezieltes Ablegen und dann Ausbilden eines li­ nearen Gitters verwendet werden kann.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung von Gittern für die (vordere) Re­ flektorschale polarisationsselektiver Reflektoren, wobei die Reflektorschale nur Signale einer Polarisation reflek­ tiert und die Signale der anderen Polarisation transmit­ tiert, wobei auf der Schale ein lineares Gitter hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitter mittels einer an und für sich bekannten Ablegemaschine in Gestalt einer leitfähigen Faser ausgebildet wird, die auf einer Reflek­ torform mit parabolischer oder speziell geformter Oberflä­ che fortlaufend nebeneinander abgelegt wird, und dass die Schale anschliessend derart darauf aufgebaut wird, dass das vorab ausgebildete Gitter in die Harzschicht der vorderen Deckhaut der Schale zumindest teilweise eingebettet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Faser für das Gitter Silberdraht mit einem Durchmesser von 50 µm verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des Gitterdrahtes über den Reflektorrand hinausgeführt und ausserhalb des aktiven Gitterbereichs mit einem Erdungsdraht oder einem Erdungsband kontaktiert wer­ den.