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DE10200561B4 - Radarsystem mit einem phasengesteuerten Antennen-Array - Google Patents

Radarsystem mit einem phasengesteuerten Antennen-Array Download PDF

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DE10200561B4
DE10200561B4 DE10200561A DE10200561A DE10200561B4 DE 10200561 B4 DE10200561 B4 DE 10200561B4 DE 10200561 A DE10200561 A DE 10200561A DE 10200561 A DE10200561 A DE 10200561A DE 10200561 B4 DE10200561 B4 DE 10200561B4
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radar system
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Wolfgang Prof. Dr. Menzel
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Abstract

Radarsystem mit einem phasengesteuerten Antennen-Array, das ein Daten- und Versorgungsnetzwerk (2) und eine Anzahl von an dem Daten- und Versorgungsnetzwerk (2) angeordneten austauschbaren, jeweils eine Sender- und Empfängerschaltung (4) enthaltenden in Mehrlagenstruktur ausgeführten Sende/Empfangsmodulen (3) und eine Anzahl von mit den Sender- und Empfängerschaltungen (4) gekoppelten Antennenelementen (9) umfaßt, wobei in jedem der Sende/Empfangsmodule (3) jeweils Sender- und Empfängerschaltung (4), Zirkulatorschaltung (8) und Antennenelement (9) zusammengefaßt und die Sende/Empfangsmodule (3) an der Abstrahlungsseite des Radarsystems (1) austauschbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Daten- und Versorgungsnetzwerk (2) als eine mechanische Trägerstruktur in Mehrlagenstruktur für die Sende/Empfangs-Module (3) ausgebildet ist, welche gleichzeitig in einer ersten Lage auf einer dem Sende/Empfangs-Modul (3) zugewandten Seite des Daten- und Versorgungsnetzwerks (2) angeordnet, eine Kühlstruktur (18) beinhaltet und in mindestens einer zweiten Lage unterhalb der Kühlstruktur (18) angeordnet eine, ein HF-, Daten- und Stromversorgungsnetzwerk enthaltende Schaltungsstruktur (19) umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Radarsystem mit einem phasengesteuerten Antennen-Array nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf ein insbesondere für ein Radarsystem, ein SAR, für Antennen für Systeme der elektronischen Krieg- oder Einsatz-Führung sowie für Navigations- oder Kommunikations-Systeme. Mögliche Plattformen für die Integration der erfindungsgemäßen Funktionen sind Boden-, Marine-Systems, Flugzeuge, Satelliten, Drohnen und Flugköper sowie gebäude- oder fahrzeug-gebundene Systeme.
  • Aus der US 5 940 031 ist ein Radarsystem mit einem phasengesteuerten Antennen-Array bekannt, das ein Daten- und Versorgungsnetzwerk und eine Anzahl von an demselben angeordneten austauschbaren, jeweils eine Sender- und Empfängerschaltung enthaltenden Sende/Empfangs-Modulen, eine Anzahl von Zirkulatorschaltungen und eine Anzahl von über die Zirkulatorschaltungen mit den Sender- und Empfängerschaltungen gekoppelten Antennenelementen umfasst. Bei dem bekannten Radarsystem sind die Sende/Empfangs-Module an der Rückseite des Daten- und Versorgungsnetzwerks angeordnet, welches in mehreren, eine Kühlkörperstruktur, eine Energieversorgungsstruktur und eine HF-Versorgungsstruktur enthaltenden Lagen aufgebaut ist. Von den an der Rückseite des Daten- und Versorgungsnetzwerks angeordneten Sende/Empfangs-Modulen sind HF-Verbindungselemente zu jeweiligen an der Vorderseite des Daten- und Versorgungsnetzwerks angeordneten und jeweils mit einem Antennenelement gekoppelten Zirkulatorschaltungen durchgeführt. Die Sende/Empfangs-Module sind von der Rückseite des Daten- und Versorgungsnetzwerks her austauschbar, so dass das Radarsystem zum Zwecke von Wartungsarbeiten von der Rückseite her zugänglich sein muss.
  • Bei vielen Einsatzgebieten von Radar- und ECM-Systemen (ECM = Electronic Counter Measures) mit aktiven phasengesteuerten Antennen-Arrays, z.B. für Flugzeuge, besteht eine Schwierigkeit darin, dass für die Unterbringung des Radarsystems nur wenig Platz zur Verfügung steht und dass eine Zugänglichkeit von der Rückseite des Radarsystems oft nicht oder nur unter erschwerten Bedingungen möglich ist.
  • Aus EP 0 620 613 A2 ist ein Sende/Empfangs-Modul in Mehrlagenstruktur bekannt. Die einzelnen Lagen umfassen dabei insbesondere Antennenelemente, Kühlplatten und Verteilernetzwerke. Ein Nachteil dieser Sende/Empfangs-Module ist der komplizierte Aufbau sowie der hohe Aufwand beim Ein- und Ausbau der einzelnen Sende/Empfangs-Module, bedingt durch Verbindungen zwischen den einzelnen Modulen.
  • Aus EP 0 726 612 A1 ist ein Sende/Empfangs-Modul der eingangs beschriebenen Art bekannt, bei welchem die Sender- und Empfängerschaltung, die Zirkulatorschaltung und die Antennenelemente zusammengefaßt sind und welches an der Abstrahlungsseite des Radarsystems austauschbar angeordnet ist. Das Radarsystem zeichnet sich ferner dadurch aus, dass ein Kühlungssystem vorhanden ist, zur Abführung der von dem Sende/Empfangs-Modul erzeugten Wärme
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Radarsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, welches einen geringen Platzbedarf erfordert und bei dem die Sende/Empfangs-Module für Wartungs- und Reparaturzwecke leicht austauschbar sind.
  • Die Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Radarsystem gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Radarsystems sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Durch die Erfindung wird ein Radarsystem mit einem phasengesteuerten Antennen-Array geschaffen, das ein Daten- und Versorgungsnetzwerk und eine Anzahl von an dem Daten- und Versorgungsnetzwerk angeordneten austauschbaren, jeweils eine Sender- und Empfängerschaltung enthaltende in Mehrlagenstruktur ausgeführte Sende/Empfangs- Module, eine Anzahl von Zirkulatorschaltungen und eine Anzahl von über die Zirkulatorschaltungen mit den Sender- und Empfängerschaltungen gekoppelten Antennenelementen umfasst. Außerdem sind in jedem der Sen de/Empfangs-Module jeweils Sender- und Empfängerschaltung, Zirkulatorschaltung und Antennenelement zusammengefaßt und die Sende/Empfangs-Module sind an der Abstrahlungsseite bzw. an der Vorderseite des Radarsystems austauschbar angeordnet. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Daten- und Versorgungsnetzwerk als eine mechanische Trägerstruktur in Mehrlagenstruktur für die Sende/Empfangs-Module ausgebildet ist, welche gleichzeitig in einer ersten Lage auf einer dem Sende/Empfangs-Modul zugewandten Seite des Daten- und Versorgungsnetzwerks angeordnet, eine Kühlstruktur beinhaltet und in mindestens einer zweiten Lage unterhalb der Kühlstruktur angeordnet, ein HF-, Daten- und Stromversorgungsnetzwerk enthaltene Schaltungsstruktur umfasst.
  • Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Radarsystems ist es, dass ein Austausch von Sende/Empfangs-Modulen von der Abstrahlungsseite bzw. von der Vorderseite des Radarsystems her erfolgen kann, was für viele Anwendungsfälle ein großer Vorteil ist. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Radarsystems ist es, dass das Antennen-Array auch an eine gekrümmte Oberfläche angepasst werden kann, wenn eine strukturintegrierte Antenne gewünscht ist. Noch ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Radarsystems sind kurze HF-Leitungen zur Antenne und damit eine geringe Rauschzahl, geringere HF-Verluste und eine geringere Signalverkopplung. Schließlich ist es ein Vorteil des erfindungsgemäßen Radarsystems, dass dadurch ein einfacher Aufbau des Daten- und Versorgungsnetzwerk möglich ist.
  • Gemäß einer sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Sender- und Empfängerschaltung und die Zirkulatorschaltung und das Antennen-Element in Form einer Mehrlagen-Struktur in das Sende/Empfangsmodul integriert sind.
  • Vorzugsweise ist das Antennen-Element in Form einer Planar-Antenne an der Oberseite des Sende/Empfangs-Moduls angeordnet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Mehrlagen-Struktur mehrere übereinander angeordnete, die Bauelemente der Sender- und Empfängerschaltung und die Zirkulatorschaltung tragende Substrate.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform hiervon ist es vorgesehen, dass ein erstes Substrat an der dem Daten- und Versorgungsnetzwerk zugewandten Seite des Sende/Empfangsmoduls angeordnet ist und einen HF-Leistungsverstärker der Sender- und Empfängerschaltung trägt.
  • Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist es vorgesehen, dass ein zweites Substrat an der dem Daten- und Versorgungsnetzwerk abgewandten Seite des Sende/Empfangs- Moduls angeordnet ist und die Zirkulatorschaltung, das Antennen-Element sowie Teile der Sender- und Empfänger-Schaltung trägt. Dadurch kann eine Verringerung des Raum-Bedarfs sowie eine Optimierung der Rauschzahl möglich.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsformen ist es vorgesehen, dass zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat noch mindestens ein weiteres Substrat angeordnet ist, welches weitere Schaltungen, insbesondere einen HF-Verarbeitungsteil und/oder einen Digitalverarbeitungsteil trägt.
  • Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radarsystems ist es vorgesehen, dass die Substrate einstückig mit einer Rahmenstruktur ausgebildet sind, welche gleichzeitig ein Gehäuse des Sende/Empfangs-Moduls und eine mechanische Verbindung der Substrate untereinander bildet.
  • Vorzugsweise ist das Daten- und Versorgungsnetzwerk als eine mechanische Trägerstruktur für die Sende/Empfangs-Module ausgebildet, welche gleichzeitig eine Kühlstruktur für die Sende/Empfangs-Module beinhaltet.
  • Vorzugsweise ist das Daten- und Versorgungsnetzwerk als eine Mehrlagenstruktur ausgebildet, welche die Kühlstruktur in Form einer ersten Lage und mindestens eine weitere, ein HF-, Daten- und Stromversorgungsnetzwerk enthaltende Schaltungsstruktur in Form einer zweiten Lage umfasst.
  • Vorzugsweise ist die Kühlstruktur auf der den Sende/Empfangs- Modulen zugewandten Seite des Daten- und Versorgungsnetzwerks angeordnet.
  • Vorzugsweise ist die Kühlstruktur als eine von einem Kühlfluid durchströmte aktive Kühlstruktur ausgebildet.
  • Vorzugsweise steht das den HF-Leistungsverstärker der Sender- und Empfängerschaltung tragende erste Substrat in einem intensiven Kühlkontakt mit der Kühlstruktur des Daten- und Versorgungsnetzwerks.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Substrate und/oder die Rahmenstruktur aus Aluminiumnitrid (AlN) hergestellt. Die Substrate selbst sind aus mehreren Schichten Aluminiumnitrid aufgebaut und enthalten vertikale und horizontale elektri sche Kontakte. Dabei handelt es sich um Multilayer-Systeme, die aus mehreren Schichten aufgebaut sind. Zwischen diesen Schichten befinden sich elektrische Leiterbahnen (horizontale elektrische Kontakte). Diese Leiterbahnen sind durch sogenannte Vias vertikal miteinander verbunden (vertikale elektrische Kontakte).
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Substrate übereinander gestapelt und miteinander verlötet. Die Lötverbindung wird vorzugsweise mit harten Lotkugeln, die von Lötmittel umflossen werden, ausgeführt.
  • Vorzugsweise sind die Substrate an den Rahmenstrukturen miteinander verlötet.
  • Das Sende/Empfangs-Modul wird vorteilhafterweise von einer Metallmanschette umschlossen, die mittels einer Löt-, Schweiß- oder Klebetechnik befestigt wird. Die Manschette wird vorteilhafterweise verwendet, um eine elektromagnetische Schrimmung des Moduls und der elektrischen Kontakte zwischen den Substraten sicherzustellen und um das Modul hermetisch abzudichten.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in der Rahmenstruktur eine elektrische Verbindung zwischen den Substraten bildende elektrische Kontakte integriert.
  • Vorzugsweise sind die Sende/Empfangs-Module gleich.
  • Vorteilhafterweise sind die Sende/Empfangs-Module von der Abstrahlungsseite bzw. der Vorderseite auf das Daten- und Versorgungsnetzwerk aufgesetzt.
  • Schließlich ist es gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Sende/Empfangs-Module mittels an deren Kanten- oder Eckbereichen angreifenden Schrauben an dem Daten- und Versorgungsnetzwerk befestigt sind.
  • Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematisierte seitliche Ansicht eines Radarsystems mit einem phasengesteuerten Antennen-Array gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 eine schematisierte Seitenansicht eines Sende/Empfangs- Moduls aus dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Radarsystems mit einer Blockschaltbild-Darstellung von dessen wesentlichen Bestandteilen;
  • 3 eine etwas schematisierte seitliche Schnittansicht eines Sende/Empfangs-Moduls gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
  • 4 eine etwas schematisierte perspektivische Darstellung eines Teils eines Radarsystems mit einem phasengesteuerten Antennen-Array (4a)) und eine vergrößerte, aufgebrochene perspektivische Darstellung eines einzelnen Sende/Empfangs-Moduls (4b)).
  • Bei dem in 1 in einer schematisierten vereinfachten Seitenansicht dargestellten Radarsystem, das insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist, bedeutet das Bezugszeichen 30 ein phasengesteuertes Antennen-Array, das aus einer größeren Anzahl von Antennenelementen 9 zusammengesetzt ist. Die Antennenelemente 9 sind jeweils Bestandteil eines Sende/ Empfangs-Moduls 3. Die Sende/Empfangs-Module 3 sind für eine Abstrahlung und den Empfang eines Radar-Sendesignals in der mit dem Pfeil angedeuteten Richtung vorgesehen. Ein Daten- und Versorgungsnetzwerk 2 ist zur Versorgung der Sende/Empfangs- Module 3 mit HF- und Daten-Signalen und zur Stromversorgung und Kühlung derselben vorgesehen. An der Rückseite des Daten- und Versorgungsnetzwerks 2 ist eine Systemschaltung 40 angeordnet, welche weitere Verarbeitungsschaltungen des Radarsystems beinhaltet. Die Systemschaltung 40 kann auch vom Daten- und Versorgungs-Netzwerk getrennt angebracht werden. Insbesondere bei der Anwendung der Erfindung auf ein Anwendungssystem – z.B. auf ein Radar-System beispielsweise in einen Flugzeug-Flügel – werden nur die Sende/Empfangs-Module sowie das Versorgungs-Netzwerk in den Flügel eingebaut, wobei das auswertende System jedoch an einer anderen Stelle, an der ein größerer Raum zur Verfügung steht, untergebracht werden kann.
  • Wie die vergrößerte schematisierte Darstellung eines der Sende/Empfangs-Module 3 in 2 zeigt, umfasst das Sende/Empfangs-Modul 3 eine Sender- und Empfängerschaltung 4, die einen HF-Leistungsverstärker 5, einen Digitalverarbeitungsteil 6 und einen HF-Verarbeitungsteil 7 enthält. Die Sender- und Empfängerschaltung 4 ist über eine Zirkulatorschaltung 8 mit einem Antennenelement 9 gekoppelt, welches sich an der Oberseite bzw. Vorderseite des Sende/Empfangs-Moduls 3 befindet. In jedem Sende/Empfangs-Modul 3 sind somit jeweils Sender- und Empfängerschaltung 4, Zirkulatorschaltung 8 und Antennenelement 9 zusammengefasst. Das Antennenelement 9 ist in Form einer an der Vorderseite bzw. Oberseite des Sende/Empfangs-Moduls 3 angeordneten Planarantenne ausgebildet.
  • Das Daten- und Versorgungsnetzwerk 2, welches das Sende/Empfangs-Modul 3 an seiner Vorderseite bzw. an seiner Abstrahlungsseite trägt, ist in Form von mehreren Lagen ausgebildet, welche ein Kühlstruktur 18 in Form einer ersten Lage und weitere ein HF-, Daten- und Stromversorgungsnetzwerk enthaltende Schaltungsstrukturen 19 in Form von zweiten Lagen umfasst. Wie ersichtlich ist, ist die Kühlstruktur 18 auf der dem Sende/Empfangs-Modul 3 zugewandten Seite des Daten- und Versorgungsnetzwerks 2 angeordnet, so dass ein intensiver Kühlkontakt zwischen der Kühlstruktur 18 und dem Sende/Empfangs- Modul 3, insbesondere dessen HF-Leistungsverstärker 5 besteht.
  • Wie aus 3 ersichtlich ist, die ein Ausführungsbeispiel zeigt, wie ein Sende/Empfangs-Modul 3 praktisch aufgebaut sein könnte, sind die Sender- und Empfängerschaltung 4, die den HF-Leistungsverstärker 5, den Digitalverarbeitungsteil 6 und den HF-Verarbeitungsteil 7 umfasst, und die Zirkulatorschaltung 8 in Form einer Mehrlagenstruktur in das Sende/Empfangs-Modul 3 integriert. Das Antennenelement 9 ist in Form einer Planarantenne an der Oberseite bzw. Vorderseite des Sende/Empfangs- Moduls 3 angeordnet.
  • Die Mehrlagenstruktur enthält mehrere übereinander angeordnete, die Bauelemente der Sender- und Empfängerschaltung 4 und die Zirkulatorschaltung 8 tragende Substrate 11, 12, 13. Ein erstes Substrat 11 ist an der dem Daten- und Versorgungsnetzwerk 2 zugewandten Seite des Sende/Empfangs-Moduls 3 angeordnet und trägt den HF-Leistungsverstärker 5 der Sender- und Empfängerschaltung 4. Ein zweites Substrat 12 ist an der dem Daten- und Versorgungsnetzwerk abgewandten Seite des Sende/Empfangs-Moduls 3 angeordnet und trägt die Zirkulatorschaltung 8, die planare Antenne und Teile des Sender- und Empfänger-Schaltung, im wesentlichen aus Platzgründen und zur Verbesserung der Rauschzahl. Zwischen dem ersten Substrat 11 und dem zweiten Substrat 12 ist noch ein weiteres Substrat 13 angeordnet, welches weitere Schaltungen, nämlich den Digitalverarbeitungsteil 6 und den HF-Verarbeitungsteil 7 trägt. Die Substrate 11, 12, 13 sind einstückig mit einer jeweiligen Rahmenstruktur 14, 15 bzw. 16 ausgebildet. Diese Rahmenstrukturen 14, 15, 16 bilden gleichzeitig ein Gehäuse 17 des Sende/Empfangs-Moduls 3 und eine mechanische Verbindung der Substrate 11, 12, 13 untereinander.
  • Das Sende/Empfangs-Modul wird vorteilhafterweise von einer Metallmanschette zumindest teilweise umschlossen, die mittels einer Löt-, Schweiß- oder Klebetechnik befestigt wird. Die Manschette wird vorteilhafterweise verwendet, um eine elektromagnetische Schrimmung des Moduls und der elektrischen Kontakte zwischen den Substraten sicherzustellen und um das Modul hermetisch abzudichten. Die Manschette ist in den Figuren mit dem Bezugszeichen 26 bezeichnet.
  • Das Daten- und Versorgungsnetzwerk 2 ist als eine mechanische Trägerstruktur für die Sende/Empfangs-Module 3 ausgebildet und beinhaltet gleichzeitig eine Kühlstruktur 18 für die Sende/Empfangs-Module 3. Das den HF-Leistungsverstärker 5 der Sender- und Empfängerschaltung 4 tragende erste Substrat 11 steht in einem intensiven Kühlkontakt mit der Kühlstruktur 18 des Daten- und Versorgungsnetzwerks 2.
  • Weiterhin ist das Daten- und Versorgungsnetzwerk 2 in Form einer Mehrlagenstruktur ausgebildet, welche die Kühlstruktur 18 in Form einer ersten Lage und mindestens eine weitere ein HF-Daten- und Stromversorgungsnetzwerk enthaltende Schaltungsstruktur 19 in Form einer zweiten Lage umfasst. Wie auch bei dem in 2 gezeigten schematisierten Ausführungsbeispiel ist bei dem Ausführungsbeispiel der 3 die Kühlstruktur 18 auf der dem Sende/Empfangs-Modul 3 zugewandten Seite des Daten- und Versorgungsnetzwerks 2 angeordnet. Das den HF-Leistungsverstärker 5 der Sender- und Empfängerschaltung 4 tragende erste Substrat 11 ist in einem intensiven Kühlkontakt mit der Kühlstruktur 18 des Daten- und Versorgungsnetzwerks 2 gehalten. Die Kühlstruktur 18 ist als eine von einem Kühlfluid durchströmte aktive Kühlstruktur ausgebildet.
  • Die Substrate 11, 12, 13 und die jeweiligen damit einstückig verbundenen Rahmenstrukturen 14, 15 bzw. 16 sind aus Aln (Aluminiumnitrit) hergestellt, um eine leistungsfähige Wärmeabführung zu gewährleisten. Die Substrate selbst sind aus mehreren Schichten Aluminiumnitrid aufgebaut und enthalten vertikale und horizontale elektrische Kontakte. Die Substrate 11, 12, 13 sind übereinandergestapelt und im Bereich der Rahmenstrukturen 14, 15, 16 miteinander verlötet. Für die Verlötung werden vorzugsweise harte Lotkugeln 26 verwendet, die beim Lötvorgang von Lötmittel umflossen werden und so die elektrischen Kontakte auf der Oberfläche der Substrate verbinden. Eine stumpfe Verlötung ohne Lotkugeln ist ebenfalls möglich. In die Substrate 11, 12, 13 und die Rahmen-Strukturen 14, 15, 16 sind horizontale elektrische Kontakte 20, 21, 22 und vertikale elektrische Kontakte 23, 24, 25 integriert, die eine elektrische Verbindung zwischen den Substraten 11, 12, 13, dem Daten- und Versorgungs-Netzwerk 2 sowie den einzelnen Komponenten der Sender- und Empfänger-Schaltung 4 bilden. In die Rahmenstrukturen 14, 15, 16 sind elektrische Kontakte 20, 21, 22, 23, 24 integriert, die eine elektrische Verbindung zwischen den Substraten 11, 12, 13 bilden.
  • Die Sende/Empfangs-Module 3 sind vorzugsweise alle gleich.
  • Aus der in 4a) und b) gezeigten perspektivischen Darstellung, die einen kleinen Ausschnitt aus einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radarsystems zeigt, ist ersichtlich, dass die Sende/Empfangs-Module 3 von der Abstrahlungsseite auf das Da ten- und Versorgungsnetzwerk 2 aufgesetzt und mittels an den Eckbereichen angreifenden Schrauben 25 an dem Daten- und Versorgungsnetzwerk 2 befestigt sind. Die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Sende/Empfangs-Modulen 3 und den Daten- und Versorgungsnetzwerk 2 ist durch elektrische Kontaktleisten 50 bewerkstelligt, die in die Oberseite des Daten- und Versorgungsnetzwerks 2, d.h. der Kühlstruktur 18 desselben eingelassen sind, und durch entsprechende Kontaktleisten 60 an der Unterseite der Sende/Empfangsmodule 3. Die mit dem Bezugszeichen 60 bezeichneten Kontaktleisten auf der Unterseite der Module sind in der 4b nicht sichtbar.
  • Das Modul soll mit Hilfe von CIN: APSE-Kontakten an das Daten- und Versorgungs-Netzwerk angeschlossen werden. Dabei handelt es sich um ein flexibles zylinderförmiges Drahtgeflecht, welches in einer Kunststoff-Fassung einen Druck-Kontakt bildet, der die elektrische Verbindung zwischen zwei Flächen, die von beiden Seiten aufgedrückt werden, herstellt. Das Modul ist vorzugsweise mit Hilfe solcher flexibler Druck-Kontakte mit dem Daten- und Versorgungs-Netzwerk verbunden.
  • 1
    Radarsystem
    2
    Daten- und Versorgungsnetzwerk
    3
    Sende/Empfangs-Modul
    4
    Sender- und Empfängerschaltung
    5
    HF-Leistungsverstärker
    6
    Digitalverarbeitungsteil
    7
    HF-Verarbeitungsteil
    8
    Zirkulatorschaltung
    9
    Antennenelement
    11
    erstes Substrat
    12
    zweites Substrat
    13
    weiteres Substrat
    14
    Rahmenstruktur
    15
    Rahmenstruktur
    16
    Rahmenstruktur
    17
    Gehäuse
    18
    Kühlstruktur
    19
    Schaltungsstruktur
    20
    elektrischer Kontakt
    21
    elektrischer Kontakt
    22
    elektrischer Kontakt
    23
    elektrischer Kontakt
    24
    elektrischer Kontakt
    25
    Befestigungsschraube
    30
    Antennen-Array
    40
    Systemschaltung
    50
    Kontaktleiste

Claims (18)

  1. Radarsystem mit einem phasengesteuerten Antennen-Array, das ein Daten- und Versorgungsnetzwerk (2) und eine Anzahl von an dem Daten- und Versorgungsnetzwerk (2) angeordneten austauschbaren, jeweils eine Sender- und Empfängerschaltung (4) enthaltenden in Mehrlagenstruktur ausgeführten Sende/Empfangsmodulen (3) und eine Anzahl von mit den Sender- und Empfängerschaltungen (4) gekoppelten Antennenelementen (9) umfaßt, wobei in jedem der Sende/Empfangsmodule (3) jeweils Sender- und Empfängerschaltung (4), Zirkulatorschaltung (8) und Antennenelement (9) zusammengefaßt und die Sende/Empfangsmodule (3) an der Abstrahlungsseite des Radarsystems (1) austauschbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Daten- und Versorgungsnetzwerk (2) als eine mechanische Trägerstruktur in Mehrlagenstruktur für die Sende/Empfangs-Module (3) ausgebildet ist, welche gleichzeitig in einer ersten Lage auf einer dem Sende/Empfangs-Modul (3) zugewandten Seite des Daten- und Versorgungsnetzwerks (2) angeordnet, eine Kühlstruktur (18) beinhaltet und in mindestens einer zweiten Lage unterhalb der Kühlstruktur (18) angeordnet eine, ein HF-, Daten- und Stromversorgungsnetzwerk enthaltende Schaltungsstruktur (19) umfasst.
  2. Radarsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender- und Empfängerschaltung (4) und die Zirkulatorschaltung (8) in Form einer Mehrlagenstruktur in das Sende/ Empfangsmodul (3) integriert sind.
  3. Radarsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennenelement (9) in Form einer Planarantenne an der Oberseite des Sende/Empfangs-Moduls (3) angeordnet ist.
  4. Radarsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrlagenstruktur mehrere übereinander angeordnete, die Bauelemente der Sender- und Empfängerschaltung (4) und die Zirkulatorschaltung (8) tragende Substrate enthält.
  5. Radarsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Substrat (11) an der dem Daten- und Versorgungsnetzwerk (2) zugewandten Seite des Sende/Empfangsmoduls (3) angeordnet ist und einen HF-Leistungsverstärker (5) der Sender- und Empfängerschaltung (4) trägt.
  6. Radarsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Substrat (12) an der dem Daten- und Versorgungsnetzwerk (2) abgewandten Seite des Sende/Empfangs- Moduls (3) angeordnet ist und die Zirkulatorschaltung (8) trägt.
  7. Radarsystem nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Substrat (11) und dem zweiten Substrat (12) noch mindestens ein weiteres Substrat (13) angeordnet ist, welches weitere Schaltungen (6, 7), insbesondere einen HF-Verarbeitungsteil (7) und/oder einen Digitalverarbeitungsteil (6) trägt.
  8. Radarsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate (11, 12, 13) einstückig mit einer Rahmenstruktur (14, 15, 16) ausgebildet sind, welche gleichzeitig ein Gehäuse (17) des Sende/Empfangs-Moduls (3) und eine mechanische Verbindung der Substrate (11, 12, 13) untereinander bildet.
  9. Radarsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlstruktur (18) als eine von einem Kühlfluid durchströmte aktive Kühlstruktur ausgebildet ist.
  10. Radarsystem nach Anspruch 9 in Verbindung mit einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das den HF-Leistungsverstärker (5) der Sender- und Empfängerschaltung (4) tragende erste Substrat in einem intensiven Kühlkontakt mit der Kühlstruktur (18) des Daten- und Versorgungsnetzwerks (2) steht.
  11. Radarsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate (11, 12, 13) und/oder die Rahmenstruktur (14, 15, 16) aus AlN hergestellt sind.
  12. Radarsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate (11, 12, 13) übereinander gestapelt und miteinander verlötet sind.
  13. Radarsystem nach Anspruch 12 in Verbindung mit Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate (11, 12, 13) an den Rahmenstrukturen (14, 15, 16) miteinander verlötet sind.
  14. Radarsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rahmenstruktur (14, 15, 16) eine elektrische Verbindung zwischen den Substraten (11, 12, 13) bildende elektrische Kontakte (20, 21, 22, 23, 24) integriert sind.
  15. Radarsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende/Empfangs-Module (3) gleich sind.
  16. Radarsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende/Empfangs-Module (3) von der Abstrahlungsseite auf das Daten- und Versorgungsnetzwerk (2) aufgesetzt sind.
  17. Radarsystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende/Empfangs-Module (3) mittels an deren Kanten- oder Eckbereichen angreifenden Schrauben (25) an dem Daten- und Versorgungsnetzwerk (2) befestigt sind.
  18. Radarsystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sende/Empfangs-Modul (3) von einer Manschette (26) zumindest teilweise umschlossen wird.
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