PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE4010242A1 02.10.1991
Titel Antennenanordnung für Radarwellen
Anmelder Rheinmetall GmbH, 4000 Düsseldorf, DE;
TZN Forschungs- und Entwicklungszentrum Unterlüß GmbH, 3104 Unterlüß, DE
Erfinder Neff, Helmut, Dipl.-Phys., Dr.;
Heinrich, Jürgen, Dipl.-Phys., 3102 Hermannsburg, DE;
Hellmeister, Heinz-Peter, Dipl.-Phys., Dr., 4006 Erkrath, DE
DE-Anmeldedatum 30.03.1990
DE-Aktenzeichen 4010242
Offenlegungstag 02.10.1991
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.10.1991
IPC-Hauptklasse G01S 13/86
IPC-Nebenklasse H01Q 19/10   H01Q 15/14   H04N 5/247   
IPC additional class // H01Q 19/13  
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung für Radarwellen, mit der ein kombiniertes Video-Radarsystem aufgebaut werden kann, welches einerseits kompakt ist, und bei dem andererseits durch diese Anordnung die Strahlencharakteristik der Radarantenne nicht negativ beeinflußt wird.
Hierzu weist die Antenne (1) mindestens einen Bereich (4) auf, der für optische Wellen durchlässig ist und Radarwellen reflektiert.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung für Radarwellen. Es ist an sich seit langem bekannt, für die Detektion von vorwiegend metallischen Zielen (Fahrzeugen, Panzern etc.) eine Radar- oder eine Infrarotvorrichtung zu benutzen. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, für die Zielerkennung Video-Kameras, insbesondere CCD-Kameras, zu verwenden.

Es ist ferner bekannt, für eine genaue Zieldetektion mindestens zwei Sensoren zu benutzen, die in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen arbeiten. So wird beispielsweise in der DE 33 26 876-A1 ein Geschoß angegeben, welches für die Zieldetektion sowohl eine Radarvorrichtung als auch eine IR-Vorrichtung verwendet. Dabei werden in der Regel getrennte Anordnungen von IR- und Radarkanal benutzt. Jedes System nutzt in diesen Fällen eine eigene, vom anderen System getrennte Abbildungsoptik. Gleiches gilt in der Regel auch für Anordnungen, die außer einer Radaranordnung eine Video-Vorrichtung benutzen.

Nachteilig bei diesen sogenannten Multimode-Sensoren ist vor allem, daß die räumlich getrennten Sensorkanäle einen relativ großen Bauraum benötigen, welcher z. B. bei Einbau der Sensoren in Flugkörper u. U. nicht zur Verfügung steht. Außerdem führt die Anordnung, bei der die Radarantenne und der Video-Kamera hintereinander angeordnet sind, zu starken Abschattungseffekten und zu undefinierten Einflüssen auf die Radarkeule. Eine exakte räumliche Zuordnung im Falle bildgebender Systeme bzw. Auswertungen ist damit nicht mehr gegeben.

Die Anbringung einer Öffnung innerhalb der Radarantenne und die Anordnung der Video-Kamera hinter dieser Öffnung, führt zu starken Antennenverlusten sowie zu Beugungseffekten, die zu einer unerwünschten Verbreiterung der Radarkeule und zu einer Verschlechterung der räumlichen Auflösung des Systems führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antennenanordnung für Radarwellen anzugeben, mit der ein kombiniertes Video-Radarsystem aufgebaut werden kann, welches einerseits kompakt ist und bei dem andererseits durch diese Anordnung die Strahlencharakteristik der Radarantenne nicht negativ beeinflußt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst. Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen offenbart.

Die Erfindung beruht im wesentlichen darauf, daß die Radarantenne einen Bereich aufweist, der zwar im sichtbaren bzw. nahen IR-Bereich durchlässig ist und somit die einfallende Strahlung in diesem Bereich von der Video-Kamera genutzt werden kann, gleichzeitig aber so gut leitend ist, daß die Antenneneigenschaften im Bereich von Radarwellen nicht negativ beeinflußt werden. Die Frequenzen der Radarstrahlen liegen dabei vorzugsweise zwischen 35 GHz und 94 GHz (Millimeterwellen).

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und mit Hilfe von Figuren näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen kombinierten Video-Radar-Antenne;

Fig. 2 die Vorderansicht der Antenne gem. Fig. 1;

Fig. 3 und Fig. 4 die Struktur des für optische Wellen durchlässigen Bereiches; und

Fig. 5 den schematischen Aufbau einer in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Antenne verwendeten Signalverarbeitungsvorrichtung.

Die in Fig. 1 dargestellte Antennenanordnung besteht im wesentlichen aus einer Antenne 1 (hier Offset-Paraboloid), die auf einem horizontal oder vertikal schwenkbaren Gimbalsystem 2 angebracht ist. Die Radarwellen werden von der Antenne 1 zu einem Antennenfeed 3 reflektiert bzw. vom Antennenfeed 3 abgestrahlte Wellen werden von der Antenne 1 zum Ziel reflektiert. Die Antenne 1 weist einen Bereich 4 auf, der für optische Wellen durchlässig ist. In Höhe dieses Bereiches 4 hinter der Antenne 1 befindet sich eine Video-Kamera 5 mit eigener Optik (z. B. CCD-Kamera). Die Video-Kamera 5 ist mittels nicht dargestellter Befestigungsvorrichtungen mit der Antenne 1 verbunden. Das Blickfeld beider Sensorkanäle wird so eingerichtet, daß der Scanbereich des Radars, definiert durch den Winkelbereich des Gimbals, mit dem jeweiligen Blickfeld der CCD-Kamera übereinstimmt.

Die Antenne besteht aus einem optisch transparenten Material 6 mit schwachen Lichtbrechungseigenschaften (z. B. Acryl-Glas). Auf die Oberfläche ist ein homogener Metallfilm 7 aufgebracht und dient zur Reflexion der Radarwellen. Im Bereich 4, der für optische Wellen durchlässig ist, wird dieser Metallfilm nicht homogen, sondern als feine netzartige Struktur ausgebildet. Die geometrische Ausdehnung dieses Bereiches 4 entspricht oder ist etwas größer als die Eintrittsapartur der hinter der Antenne 1 angeordneten CCD-Kamera 5. Zur Minimierung von Lichtbrechungseffekten durch die Gimbalbewegung der gekrümmten Antennenfläche des Bereiches 4 soll die Dicke dieses Bereiches möglichst gering gewählt sein. Ggf. können diese Effekte durch eine zusätzliche Linsen-Korrektur minimalisiert werden. Mit 11 ist die dem Antennenfeed 3 zugewandte Oberfläche der Antenne 1 bezeichnet, welche die zu empfangenden bzw. ausgesandten Radarwellen reflektiert. Bei der dargestellten Radarantenne 1 kann es sich um eine Antenne handeln, die Millimeterwellen (Frequenz: 35-94 Ghz) empfangen soll.

Fig. 2 zeigt detailliert die Struktur des Bereiches 4 der Antenne 1. Eingezeichnet ist die Netzstruktur des Metallfilms 8. Vorzugsweise wird dieser mit den an sich bekannten Methoden der Photolithographie aufgebracht. Die Netzstruktur wird vorzugsweise so gewählt, daß die Kantenlänge d1 der Stege 10 ca. 1/10 der Wellenlänge der verwendeten Radarstrahlen beträgt. Bei einer Grundfrequenz von z. B. 94 MHz beträgt die Wellenlänge der Radarstrahlen 3,2 mm. Der Abstand der Stege d1 beträgt dann ca. 0,3 mm. Die Breite d2 der Stege kann z. B. 0,03 mm betragen. Vorzugsweise wird auf die metallischen Stege 10 eine homogene, elektrisch gut leitende Schicht aus In2O3 oder SnO&sub2; oder einer Mischung hieraus (Indium-Zinn-Oxid) aufgebracht, weil diese eine besonders hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 4. Das Aufbringen von Indium-Zinn-Oxid ist beispielsweise aus: R. D. Vispute et al, J. Materials Res. 3 (6), 1190 (1988) bekannt.

Fig. 5 zeigt den schematischen Aufbau einer Signalverarbeitungsvorrichtung 20 zur Erzeugung entsprechender Signale zur Zielidentifizierung. Die Signalverarbeitungsvorrichtung 20 besteht im wesentlichen aus einem Rechner 21, dem digitale Signale von einer Video-Bildverarbeitungsvorrichtung 22, einer Radar-Ansteuerungs- und Signalverarbeitungsvorrichtung 23, einer Gimbal-Steuervorrichtung 24 und einer Fluglageauswertevorrichtung 25 zugeführt werden. Der Rechner 21 ist ferner mit einer Video-Anzeigevorrichtung 26 verbunden.

Das von der CCD-Kamera 5 über die Video-Bildverarbeitungsvorrichtung 22 an den Rechner 21 gelangende digitale Signal wird auf der Video-Anzeigevorrichtung 26 dargestellt. In dieses Bild werden die relevanten Informationen des Radarkanales (z. B. Rückstreuquerschnitt) zeitsynchron in geeigneter optischer Darstellung (z. B. als Falschfarbendarstellung) eingeblendet. Hierzu werden die von der Antenne 1 empfangenen Radarsignale dem Radargerät 27 zugeführt und dann an den Rechner 21 über die Vorrichtung 23 weitergeleitet. Unter Berücksichtigung der Gimbal-Bewegung sowie der aktuellen Lagedaten des Flugkörpers, die mit Hilfe der Fluglagesensorik 28 ermittelt werden, bestimmt dann der Rechner 21 die relevanten Radarsignale, die in das Video- Bild eingeblendet werden.

Bezugszeichenliste

1 Antenne

2 Gimbalsystem

3 Antennenfeed

4 Bereich, der für optischen Wellen durchlässig ist

5 Video-Kamera

6 optisch transparentes Material

7 homogener Metallfilm

8 Metallfilm mit netzartiger Struktur

9 In&sub2;O&sub3;/SnO&sub3;-Schicht

10 Stege des Metallfilms 8

11 Radarwellen reflektierende Oberfläche

20 Signalverarbeitungsvorrichtung

21 Rechner

22 Video-Bildverarbeitungsvorrichtung

23 Radar-Aussteuerungs- und Signalverarbeitungsvorr.

24 Gimbalvorrichtung

25 Fluglageauswertevorrichtung

26 Video-Anzeigevorrichtung

27 Radarvorrichtung

28 Fluglagesensorik

d&sub1; Kantenlänge der Stege des Metallfilms 8

d&sub2; Stegbreite


Anspruch[de]
  1. 1. Antennenanordnung für Radarwellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (1) mindestens einen Bereich (4) aufweist, der für optische Wellen durchlässig ist und Radarwellen reflektiert.
  2. 2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (1) aus einem optisch transparenten Material (6) besteht, auf dessen die Radarwellen reflektierenden Oberfläche (11) in dem für optische Wellen durchlässigen Bereich (4) ein Metallfilm (8) mit netzartiger Struktur aufgebracht ist, und auf dessen restlicher Oberfläche ein homogener Metallfilm (7) aufgebracht ist.
  3. 3. Antennenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kantenlänge (d1) der Stege (10) des Metallfilmes (8) mit netzartiger Struktur etwa 1/10 der Wellenlänge der verwendeten Radarstrahlen ist.
  4. 4. Antennenanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Stege (10) des Metallfilmes (8) mit netzartiger Struktur eine homogene Schicht (9) aus In2O3 oder SnO2 aufgebracht ist.
  5. 5. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Rückseite der Antenne (1) in Höhe des die optischen Wellen durchlassenden Bereiches (4) eine Video-Kamera (5) angeordnet ist, und daß die geometrische Ausdehnung des die optischen Wellen durchlassenden Bereiches (4) etwas größer ist als die Eintrittsapertur der Video-Kamera (5).
  6. 6. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Antenne (1) in dem für optische Wellen durchlässigen Bereich (4) geringer ist als in dem restlichen Bereich der Antenne (1).






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com