具有使用諧振元件的衍射光柵的防反射覆蓋層結構的製作方法
2023-10-18 07:32:04
具有使用諧振元件的衍射光柵的防反射覆蓋層結構的製作方法
【專利摘要】一種用於裝備暴露於電磁輻射的建築物立面(11)或任何其他反射壁的衍射裝置，所述電磁輻射是由遠離建築物的源所發射的，所述裝置包括布置在所述建築物立面上的多個管狀諧振元件(12)，其特徵在於，所述諧振元件以大致平行的方式被布置在所述建築物立面(11)上以形成衍射光柵，並且被定向於與由入射電磁波和反射電磁波的傳播矢量所限定的平面大致垂直的方向中，每個諧振元件(12)都被配置成形成能夠重新輻射與經受相移的入射波相對應的波的LC諧振器；諧振元件組被布置成使得入射波在優選方向中被衍射。由此形成的衍射光柵有利地不像現有裝置那樣厚。整體結構更輕且更不易變形。
【專利說明】具有使用諧振元件的衍射光柵的防反射覆蓋層結構
[0001]本發明涉及電磁波反射、尤其是無線電波反射的一般領域，更具體地，涉及防止由例如建築物立面的結構所反射的無線電波對圍繞這種結構的空間的影響的領域。尤其關注的是，由位於機場區域的建築物反射的無線電波對無線電測量系統的良好運轉的影響。
[0002]當關注機場區域的布置時，一個重要的問題在於確定安置機場服務運轉所需的建築物的最佳方式，以使該安置對無線電敏感區域的間接影響限制到最小。事實上，這樣的結構通常具有大尺寸的立面，即用作由存在於機場區域內或附近的不同發射源所發射的無線電波的反射器的立面。然而，在一些情況下，就由立面接收的信號被反射向這樣一個區域的情況而言:其中該信號將幹擾在該區域中實現的無線電發射，由遠離或不遠離建築物的源所產生的無線電發射被建築物立面反射可以被證實是有妨礙的。這尤其是這樣的情況，位於離著陸跑道相對較近的區域中的建築物朝向跑道反射無線電發射，其中該無線電發射的頻帶在由著陸系統(ILS)的發射所佔據的頻帶中，尤其是在由「定位器」(跑道軸線上的無線電航向信標)所佔據的頻帶中。這樣的寄生反射如果足夠強的話，則可以改變定位信號，並且因此在著陸階段幹擾飛行器在跑道軸線上的對準。
[0003]由於存在許多無線電源，尤其ILS本身的天線，因此由建築物引起的寄生反射的問題是一個重要的問題，其解決方案通常是設計包括尤其是這樣的區域的安置圖:該區域離跑道相對較近且禁止在其中放置任何尺寸稍大的建築物。然而，尤其是考慮到城市集中和使機場區域離城市區域相對較近的期望，越來越有必要使機場區域在面積上的佔用率最大。因此，找到敏感方向中的無線電信號寄生反射問題的解決方案顯得比以往更緊迫。
[0004]根據本領域已知的現有技術可知，理論上有可能將鑲嵌結構裝備到可能在敏感方向中偶然引起寄生反射的建築物立面，目的是利用該鑲嵌結構安裝在其上的壁產生能夠在優先方向中反射由外部電磁源發射的入射波，這避免了在敏感區域中產生幹擾。這樣的結構通常由被布置成形成彼此間隔開的肋的、傳導性的細長結構元件構成。肋通常是具有確定厚度的管狀元件，從而在由建築物的壁直接反射的波與由這些肋反射的波之間產生具有給定值的相移。因此形成了布拉格光柵類型的衍射光柵，其能夠根據由肋引起的相移來使入射波在期望的方向中衍射。
[0005]根據要在給定方向中阻止其反射的波長λ，構成覆蓋層的肋具有給定的厚度h，在所討論的波具有百來兆赫茲的數量級的頻率的情況下，該厚度h可以相對較大。由於這些元件的總體尺寸，因此這些元件被證明難以被放置在立面的表面上，尤其如果在建造建築物之後安裝這些元件的話。
[0006]此外，為了確保入射波的正確衍射，通常優選地為暴露於其影響要被阻止的輻射的立面裝備長度大致等於高度或佔據立面上部的較大部分的肋。因此，所考慮的立面上的其結構元件的固定導致立面上的較大負載，嘗試通過使用管狀的中空結構元件來最小化該負載。然而，這些元件是易碎物體，缺少固有硬度通常是其缺陷。
[0007]因此，現有技術中已知的覆蓋層的類型使用以下結構元件:其在待裝備的立面上的安裝在尺寸、或更確切地說總體尺寸、重量、由立面支撐的重量以及所形成結構的硬度上來說是相對精細的。
[0008]本發明的目的是提出一種用於形成布拉格光柵類型的衍射光柵的替選結構。該結構由管狀結構元件組成，對於所考慮的頻帶而言，管狀結構元件的固有硬度大於矩形截面元件的固有硬度，並且厚度和寬度明顯小於形成已知結構的元件的厚度和寬度。
[0009]為此，本發明的目的是一種用於覆蓋暴露於由遠端源發射的電磁輻射的建築物立面或任何其他反射壁的衍射裝置，該裝置包括多個以大致平行的、周期性的方式布置在所述建築物立面上的管狀諧振元件，從而形成衍射光柵。每個諧振元件形成「LC」型的諧振器，該LC諧振器被配置成重新輻射與經受相移的入射波相對應的波。這些諧振元件被布置在壁上以使得入射波在優選方向中被衍射。所述諧振元件還在與由入射波和反射波的傳播矢量限定的平面大致垂直的方向中被定向。
[0010]根據所述裝置的特定實施方式，根據波長λ和入射角Θ來確定不同傳導元件的間隔距離，以產生實現入射波相移以使得入射波在優選方向中衍射的布拉格光柵類型的衍射光柵。
[0011]根據本發明，如果電磁發射源是遠離的，則不同傳導元件之間的間隔沿壁是恆定的。
[0012]相反，如果電磁發射源是在附近的，則不同傳導元件之間的間隔取決於電磁波的局部入射角。
[0013]根據本發明，每個諧振元件由以傳導材料製成的管構成，該管的限定內腔的壁具有縱向開口。由壁限定的腔的尺寸和幾何形狀以及該壁中實現的縱向開口的寬度被限定成使得該元件就電磁角度來看用作具有諧振頻率Ftl和通帶AFtl的LC諧振器。
[0014]同樣，根據本發明，每個諧振元件優選地被配置成具有一總體尺寸，該總體尺寸在具有通過考慮機械應力而限定的給定尺寸的平行六面體體積的範圍內。
[0015]根據本發明，形成所述裝置的諧振元件可以具有任何作為矩形的各種多邊形形狀的截面，根據所採用的截面，所述諧振元件具有特定的電容值或電感值。
[0016]在特定的實施方式中，所述諧振元件的壁的橫截面具有矩形形狀，該矩形的長邊具有由大致垂直於所述長邊的兩個段所限定的中斷，所述長邊的端部指向周邊的內部。
[0017]同樣，根據本發明，每個諧振元件可以被配置成形成多個共用管狀腔。
[0018]在特定的實施方式中，每個諧振元件本身由多個並置的諧振元件構成，其側壁是電接觸的。
[0019]在特定的實施方式中，所述諧振元件的內部體積是空的。
[0020]可選地，在另一實施方式中，由所述諧振元件的壁所限定的腔被填充以選定的電介質材料以增強元件的硬度。
[0021]根據該實施方式的變型，由所述諧振元件的壁所限定的腔被填充以兩個疊加層的電介質材料，傳導片被置於所述腔中的兩個層之間的界面處，與沿壁形成的縱向切口相對。
[0022]可選地，在另一實施方式中，由所述諧振元件的壁所限定的腔被填充以選定的非傳導鐵磁材料以增加諧振腔的通帶△ Ftl和減小諧振腔的頻率匕。
[0023]仍然可選地，在另一實施方式中，由所述諧振元件的壁所限定的腔被填充以選定的具有高介電常數ε的電介質材料以減小諧振腔的頻率匕。
[0024]通過基於附圖的以下描述，可以更好地理解本發明的特徵和優點，其中:
[0025]-圖1是根據本發明的整個裝置的示意圖；
[0026]-圖2是根據本發明的構成裝置的結構元件運轉的等效圖；
[0027]-圖3至圖8示出了根據本發明的裝置的實現的不同變型；
[0028]-圖9明確示出了根據本發明的裝置在尺寸上的有利特徵；
[0029]-圖10是說明通過使用根據本發明的裝置所獲得的優點的曲線。
[0030]圖1和圖2使得能夠介紹根據本發明的裝置的總體結構。如圖1所示，根據本發明的覆蓋層表現為平行細長的結構元件12的布置，結構元件12的長度取決於要覆蓋的壁11的尺寸。
[0031]結構元件12被布置在壁11上以形成具有間隔距離d的衍射光柵。根據本發明，通常根據波長λ和入射角Θ來確定不同傳導元件的間隔距離d，以產生實現入射波相移以使得入射波在優選方向中被衍射的衍射光柵。根據由壁接收的無線電發射源是否被看作遠端源，距離d是恆定距離，如圖1所示，或者是根據電磁波的局部入射角而變化的距離。
[0032]此外，結構元件12被布置在壁11上以在與由入射波和反射波的傳播矢量所限定的平面大致垂直的方向中被定向。因此，在建築物立面的確切情況下，結構元件被垂直地放置。
[0033]根據本發明，每個結構元件12是中空圓柱體形狀、管形狀、多邊形形狀的傳導元件，其具有平面15，該傳導元件通過平面15固定在壁11上，在相對面13上，管的壁具有給定寬度的縱向切口 14。以傳導材料實現結構元件12，以使其形成具有分布常數L和C的L-C(即電感-電容)電路。電感L由管本身的壁形成，並且取決於由管壁限定的區域，而電容C由切口 14和腔21形成。
[0034]此外，確定管壁的尺寸，以使得電感L和電容C的值能夠實現具有通過以下關係式以已知方式定義的諧振頻率Ftl和通帶AFtl的等效諧振電路:
[0035]F]' 叉 Γ-1—[I]
V ^.C
[0036]AF{) X[2]
[0037]就運轉而言，每個諧振元件被配置或按尺寸調整成使得當諧振元件被入射的無線電波照射時，諧振元件產生具有相同頻率但經受給定相移的無線電波，從而使得由不同結構元件12反射的波和由位於這些結構元件之間的壁11的各部分直接反射的波的組合能夠在期望的方向中形成衍射波。
[0038]根據本發明的裝置因此用作布拉格光柵類型的傳統衍射光柵，其包括僅傳導的結構元件。然而，就尺寸而言，構成裝置的結構元件能夠實現有利地更易於安裝在壁上、尤其是建築物立面上的覆蓋層。
[0039]事實上，與構成傳統衍射光柵的傳導元件的尺寸不同的是，構成根據本發明的裝置的諧振元件的尺寸不是直接取決於為獲得期望衍射而在由壁11本身反射的波與由結構元件反射的波之間產生的程差，而是通過期望獲得的電容值和電感值。
[0040]因此，對於相同的結果，也就是說對於由壁11本身反射的波與由結構元件反射的波之間的相同的相移，諧振元件的尺寸明顯小於簡單傳導元件的尺寸。
[0041]圖9說明了該結構優點，其示出了構成兩個衍射光柵的結構元件各自的尺寸，所述兩個衍射光柵用於控制由遠端源發射的具有百來兆赫茲頻率的無線電波的約25°入射下所照射的壁所反射的波，所述遠端源即遠離壁以使得由建築物立面10接收的波是平面波(夫琅禾費區域)的源。在這兩種情況下，考慮由具有矩形截面的結構元件形成的光柵。第一光柵91是由簡單傳導元件構成的傳統光柵，而第二光柵92是由諧振元件12構成的根據本發明的裝置。正如可以從圖中看到的那樣，對於相同的結果，即產生已相移的波，諧振元件12的尺寸非常明顯地小於簡單傳導元件的尺寸。
[0042]該尺寸特徵具有雙重優點。第一個優點是人體工程學上的並且在於，根據本發明的衍射裝置當被安裝在壁上時顯得不那麼突出和遮蔽，這使得如果壁是有窗的立面，則夕卜部光線更容易地進入建築物中。第二個優點是機械上的並且在於，所述諧振元件具有更小的尺寸，當該諧振元件被安裝在待覆蓋的壁11上時，在諧振元件自身重量作用下的諧振元件的可能變形以及諧振元件的固有硬度的問題明顯不太嚴重。
[0043]在下文中，介紹構成根據本發明的裝置的諧振元件的不同的變型實施例，其中結構元件具有各種形狀的截面。在此描述這些不同的變型實施例的目的是表明，對於給定的總體尺寸，有可能獲得具有不同通帶△ Ftl和諧振頻率Ftl的諧振元件。
[0044]為了較好地表明不同變型的比對優點，在此考慮其截面形成作為具有給定長度w和寬度h的相同矩形的四邊形的結構元件。應當指出，以下描述的變型實施例決不限制本發明的形式、目的或範圍。
[0045]根據簡單的第一變型實施例，如圖2所示，每個管具有矩形截面，其具有分別與內部面15和外部面13相對應的兩個長度為w的相對的直線長邊25和23，和與側面16相對應的兩個長度為h的短邊26。此外，邊13具有與切口 14相對應的中斷24。在該變型實施例中，電感值L尤其通過由管壁限定的區域來被確定。對於電容值C，通過在剖面圖中與中斷24相對應的切口 14的寬度以及由元件壁限定的內部空間尺寸來確定(見圖2-b)。
[0046]根據第二變型實施例，每個諧振元件具有如圖3所示的截面，其中元件12的壁具有在截面處沿與中斷24相對應的切口 14的兩個邊，這兩個邊向內彎曲成90°且彼此相對並且由長度相同的兩段31和32來表示。這兩個邊具有限定的長度，以相對於前述變型所介紹的電容值C而言增加電容值C，並且使該電容C較少地取決於腔的大小(平面電容器)。
[0047]根據第三變型實施例，如圖4所示，所使用的諧振元件12在剖面中具有矩形截面，該矩形截面的長邊具有與切口 14相對應的中斷24。然而，由諧振元件的壁11限定的腔17容納內部延伸部分41，該內部延伸部分41與相對於包括切口 14的壁13的壁15的面相聯結並且形成在腔內部突出的肋41。
[0048]在該變型實施例中，該肋41在橫截面上具有「T」的形狀，肋41的杆平行於代表元件截面的矩形長邊23和25。肋41被配置且布置在腔的內部，以使得「T」的杆位於如下位置:與中斷24相對並且與該中斷相距根據期望的帶寬AFtl和諧振頻率Ftl而限定的距離。這種配置使得能夠有利地明顯增加電容值C而不明顯更改電感值L。
[0049]根據第四變型實施例，如圖5所示，所使用的諧振元件12的腔不僅包含環境空氣，而是填充有電介質材料51，此處電介質材料51的主要作用是增強元件的機械硬度。在考慮待覆蓋的壁的尺寸的情況下，如果所使用的元件較長，則這種變型是特別有利的。
[0050]應當指出，在該變型實施例中，容納在腔中的材料還可以具有各種電磁特性。因此，可以通過使用具有高介電常數ε ^的材料來增加電容值C，而無需改變腔的尺寸和壁的形狀。相反地，通過使用具有高滲透率μ ^的材料，可以增加電感值L而無需其他改變。
[0051]還應當指出，該變型實施例可以與上述所有變型相關聯。特別地，其可以包括在材料中放置被布置成面對切口 14的縱向片52。因此，獲得了在定義上與上述第四變型實施例的元件非常相近的福射元件。
[0052]根據第五變型實施例，如圖6所示，切口 61形成在諧振器的側面16之一上，整體由適當的電介質機械結構來保持，為了清楚起見而沒有在圖中示出該機械結構。此外，具有高自感的元件62被放置在腔17的內部，並且通過其每個端部63和64而電連接到切口 61的兩個邊65和66。因此，增加了 LC電路的電感，這能夠減小諧振頻率Ftl和增加帶寬AF。。
[0053]就實現而言，元件62可以由在腔17的整個長度上延伸的單個組件構成，或者如圖6所示，由彼此一個接一個布置的多個元件構成，每個元件都通過其端部連接到切口 61的邊緣。
[0054]根據第六變型實施例，如圖7所示，每個諧振元件包括設於諧振器的側面16之一上的切口 61以及分立電感71，分立電感71優選地分布在切口的整個長度上並且其端子分別連接到切口 61的兩個邊65和66。如前文所述，這種布置使得能夠增加LC電路的電感，從而減小其諧振頻率Ftl和增加其帶寬此外，可選地，每個諧振元件可以包括優選地沿整個切口 14安置且其端子連接到該切口的邊緣的分立電容元件72。
[0055]根據第七變型實施例，如圖8所示，構成根據本發明的裝置的每個諧振元件是由兩個或更多個如上所述的基本諧振元件11構成的。每個基本諧振元件被配置成具有給定的諧振頻率Ftl和通帶ΛFtl，對於所有相關聯的諧振元件而言，Ftl和AFtl通常是相同的。
[0056]相鄰諧振元件被調節到相同頻率Ftl的這種布置的顯著優點是增加了由諧振元件重新輻射的功率，記住，已知地，重新輻射的功率值主要取決於包括切口 14的諧振元件面的尺寸(尤其取決於寬度W)。因此，通過並置兩個或更多個基本諧振元件，明顯增加了由裝置重新發射的功率，而沒有明顯改變諧振電路本身的工作參數。
[0057]在簡單的實施例式中，如圖8所示，如此構造的合成元件可以基於具有矩形截面的單個管狀結構81來實現，其內腔被中間隔斷83分成基本腔82，每個基本腔82都具有在圖7的剖面圖中由中斷84體現的縱向切口。
[0058]因此，如可以從上文中描述的所有實施例中看出的那樣，為了實現經受避免給定方向中的反射的無線電發射的壁的覆蓋層，在安裝和運轉中，根據本發明的裝置提出一種使用具有現有技術的簡單傳導結構元件的衍射光柵的有利的替選解決方案。
[0059]圖10在相同坐標系上(觀察角，壁的等效表面)示出了由建築物立面構成的壁的雷達等效表面的曲線，其中考慮三種狀態:第一狀態(曲線101)對應於裸壁，第二狀態(曲線102)與由根據現有技術的衍射光柵所覆蓋的壁相對應，並且第三狀態(曲線103)與由根據本發明的裝置所覆蓋的壁相對應。因此，可以從圖中看出，儘管根據本發明的裝置沒有現有技術的裝置(曲線102)那麼有效，然而根據本發明的裝置使得能夠非常顯著地減小壁的等效表面。因此，這使得能夠充分降低由不期望的無線電波反射所引起的危害程度，同時有利地具有比根據現有技術的裝置更小的總體尺寸，這尤其使裝置更輕且更易安裝。
【權利要求】
1.一種用於裝備暴露於電磁輻射的建築物的立面(11)或任何其他反射壁的衍射裝置，所述電磁輻射是由遠離建築物的源所發射的，所述裝置包括被置於所述建築物的立面上的多個管狀諧振元件(12)，其特徵在於，所述諧振元件以大致平行的方式被置於所述建築物的立面(11)上以形成衍射光柵，並且被定向於與由入射電磁波和反射電磁波的傳播矢量所限定的平面大致垂直的方向中，每個諧振元件(12)都被配置成形成能夠重新輻射與經受相移的入射波相對應的波的「LC」型諧振器；所有諧振元件都被布置成使得入射波在優選方向中被衍射。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，根據波長λ和入射角Θ來確定不同傳導元件(12)的間隔距離d，以產生實現入射波的相移以使得該入射波在優選方向中被衍射的布拉格光柵。
3.如權利要求1或2所述的裝置，其特徵在於，如果發射電磁的源是遠離的，則不同傳導元件(12)之間的間隔d是恆定的。
4.如權利要求1或2所述的裝置，其特徵在於，如果發射電磁的源是在附近的，則不同傳導元件之間的間隔d取決於電磁波的局部入射角。
5.如權利要求1至4中任一項所述的裝置，其特徵在於，每個諧振元件(12)都由傳導材料的管構成，所述管的限定內腔(17)的壁具有縱向開口(14)，由所述壁限定的腔(17)的尺寸和幾何形狀以及在所述壁中實現的縱向開口(14)的寬度被限定成使得所述元件(12)從電磁的角度來看用作具有諧振頻率Ftl和通帶Λ F0的LC諧振器。
6.如權利要求1至5中的任一項所述的裝置，其特徵在於，每個諧振元件(12)被配置成具有總體尺寸，該總體尺寸在具有通過考慮機械應力而限定的給定尺寸的平行六面體體積的範圍內。
7.如權利要求6所述的裝置，其特徵在於，諧振元件(12)的壁的橫截面具有矩形形狀，所述矩形的其中一個長邊具有與沿所述壁形成的縱向切口(14)相對應的中斷(24)。
8.如權利要求7所述的裝置，其特徵在於，由所述諧振元件(12)的壁所限定的腔(17)容納內部延伸部分(51)，所述內部延伸部分(51)與所述壁的內面相聯結並且形成橫截面為「Τ」型的肋，所述肋的杆平行於所述矩形的長邊，所述肋(51)被配置且被布置在所述腔(17)的內部，以使得「Τ」的所述杆位於如下位置:與由所述矩形的其中一個長邊所具有的開口(24)相對且與該開口相距根據帶寬AFtl和頻率Ftl而限定的距離。
9.如權利要求6所述的裝置，其特徵在於，諧振元件(12)的壁的橫截面具有矩形形狀，所述矩形的長邊具有由大致垂直於所述長邊的兩個段(31，32)所限制的中斷，所述長邊的端部指向周邊的內部。
10.如上述權利要求中任一項所述的裝置，其特徵在於，由所述諧振元件的壁限定的所述腔(17)被填充了選定的電介質材料(51)以增強所述元件的硬度。
11.如上述權利要求中任一項所述的裝置，其特徵在於，由所述諧振元件(12)的壁限定的所述腔(17)被填充了疊加的兩層選定的電介質材料以增強所述元件的硬度，傳導片(52)與沿所述壁形成的所述縱向切口(14)相對地被置於每個腔(17)中的所述兩層之間的界面處。
12.如上述權利要求中任一項所述的裝置，其特徵在於，由所述諧振元件(12)的壁限定的所述腔(17)被填充了選定的非傳導鐵磁材料以增加這些元件的通帶AFtl並減小頻率
F0。
13.如上述權利要求中任一項所述的裝置，其特徵在於，由所述諧振元件(12)的壁限定的所述腔(17)被填充了具有高介電常數ε的電介質材料以減小所述元件的諧振頻率F0。
14.一種用於裝備暴露於由遠端源發射的電磁輻射的建築物的立面(11)或任何其他隔斷的衍射裝置，其特徵在於，包括以大致平行的、周期的方式被布置在所述建築物的立面(11)上從而形成衍射光柵的多個諧振元件(12)，每個諧振元件(12)本身由多個並置的如權利要求1至13中任一項所述的諧振元件構成，並置的所述諧振元件的側壁是電接觸的。
【文檔編號】E04F13/12GK104205496SQ201280059715
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2012年12月4日 優先權日:2011年12月6日
【發明者】安德魯·塞恩, 吉勒斯·佩雷斯 申請人:歐洲航空防務與空間公司Eads法國