Warum sich kegelförmige Antennen in Hochfrequenzbereichen auszeichnen

Konische Antennen zeichnen sich in Hochfrequenzbereichen durch ihre große Bandbreite und konsistenten Strahlungsmuster aus. Konkret bieten sie eine Bandbreite von bis zu 20 %, minimieren Signalverluste und gewährleisten eine zuverlässige Leistung. Ihr Design unterstützt Frequenzen über 3 GHz und macht sie ideal für fortschrittliche Kommunikationssysteme, die Präzision und Stabilität erfordern.

Das Geheimnis der Dominanz bei Hochfrequenzleistung

Erinnern Sie sich an den Unfall an der Bodenstation in Houston im letzten Sommer? Der WR-28-Wellenleiterflansch von Eutelsat wies im 94-GHz-Band plötzlich eine Spitze der Einfügedämpfung von 2,1 dB auf, was die gesamte Inter-Satelliten-Verbindung direkt in einen Abgrund aus Rauschen stürzte. Der diensthabende Mitarbeiter schnappte sich einen Keysight N9048B Spektrumanalysator und stellte fest, dass die Phasenrauschkurve wie ein EKG aussah – dieser Vorfall wurde später zu einem klassischen Fehlerfall in der IEEE MTT-S-Datenbank.

Der eigentliche Trick der konischen Antenne liegt hier: Die Struktur behält eine gleichwinklige Spirale von der Basis bis zur Strahlungsapertur bei. Dies entspricht dem Bau einer Autobahn für elektromagnetische Wellen, im Gegensatz zu gewöhnlichen Hornantennen, die an den Ecken sieben oder acht reflektierende Flächen erzeugen. Letztes Jahr haben wir eine Simulation mit ANSYS HFSS durchgeführt, und im gleichen E-Band (71-76 GHz) erreichte die konische Struktur einen Modenreinheitsfaktor von 0,92, während herkömmliche rechteckige Hörner nur 0,67 erreichten.

Der eigentliche Killer ist der Nahfeld-Phasenjitter. Der Galileo-Navigationssatellit der Europäischen Weltraumorganisation litt darunter – ein bestimmtes Feed-Modell wies in einer Vakuumumgebung zufällige Phasensprünge von 0,07λ auf, was direkt dazu führte, dass der Entfernungsmessfehler des Satelliten die Grenzwerte überschritt. Die spätere Demontage ergab, dass die dielektrische Beschichtung an der Innenwand des Horns während der thermischen Zyklen Blasen warf. Wäre sie durch einen integrierten Metallhohlraum einer konischen Struktur ersetzt worden, wäre dieses Problem nicht aufgetreten.

• Lösungen in Militärqualität müssen sich auf drei Kernpunkte konzentrieren:
  • Der Flansch muss dreifache Drosselrillen (choke grooves) haben, um Oberflächenwellen zu unterdrücken
  • Der Rauheitswert Ra der Innenwand muss unter 0,4 μm liegen, was 1/200 der Dicke eines Haares entspricht
  • Der Speisepunkt muss einen kegelförmigen Übergang haben, um Stromspitzen zu vermeiden

Letztes Jahr haben wir einen Satz konischer W-Band-Arrays (75-110 GHz) getestet. Nach dem Anschluss dieses Geräts hinter einem Diplexer sank die Systemrauschtemperatur um 23 K. Das Geheimnis liegt im achsensymmetrischen Strahlungsmuster der konischen Antenne, das kreuzpolarisierte Komponenten unterdrückt; die gemessene Nebenkeule in der E-Ebene wurde auf -27 dB heruntergedrückt.

Jeder in der Satellitenkommunikation weiß: Die Stabilität des Phasenzentrums ist die Lebensader. Der Grund, warum konische Antennen das Q/V-Band dominieren, liegt in ihrer selbstkompensierenden Struktur. Selbst wenn während eines Sonnensturms thermische Verformungen auftreten, überschreitet die Drift des äquivalenten Strahlungszentrums nicht drei Tausendstel einer Wellenlänge – diese Daten wurden an der Goldstone Deep Space Station der NASA gemessen, und der Original-Testbericht ist weiterhin auf der JPL-Website verfügbar.

Das Mysterium des konischen Designs

Beim Upgrade der Bodenstation für den Satelliten Asia-Pacific 6D im letzten Jahr stießen wir auf ein seltsames Phänomen: Beim Empfang eines 32-GHz-Bakensignals mit einer Standard-Rechteckhornantenne war das Link-Budget ausreichend, aber die tatsächliche Bitfehlerrate schoss auf 10^-3 hoch. Wir entdeckten schließlich, dass sich die TM01- und TE11-Moden innerhalb des Wellenleiters gegenseitig störten – dann holte ein alter Ingenieur ein konisches Horn aus dem Lager, und das Problem verschwand sofort. Dieser Vorfall machte mir vollends klar, dass selbst ein geringfügiger Unterschied in der Antennenform zu völlig unterschiedlichen Leistungen führen kann.

Das beeindruckendste Merkmal der konischen Struktur ist, dass sie das elektromagnetische Feld im Inneren des Wellenleiters manipulieren kann. Wenn ein normaler rechteckiger Wellenleiter abrupt abgeschnitten wird, verhält sich die elektromagnetische Welle wie ein Bus bei einer Vollbremsung – die Passagiere (elektromagnetische Moden) stürzen alle nach vorne und erzeugen ungeordnete Moden höherer Ordnung. Das konische Design wirkt jedoch wie eine Pufferrampe für den Wellenleiter, wodurch die Impedanz allmählich von 377 Ω auf die Freiraumimpedanz absinken kann (Impedanz-Tapering). Ingenieure des NASA JPL haben gemessen, dass ein konisches Horn mit einem Verjüngungswinkel von 15° ein VSWR unter 1,05 erreichen kann, was eine Verbesserung von mehr als 40 % gegenüber geraden Strukturen darstellt.

Die Lektion des Satelliten ChinaSat 9B war schmerzhaft – das Speisesystem verwendete eine rechtwinklige Übergangsstruktur, und drei Jahre nach dem Erreichen des Orbits sprang das VSWR (Stehwellenverhältnis) plötzlich von 1,1 auf 1,8. Die Demontage ergab, dass mehrfache Reflexionen Quantentunneleffekte in der Vergoldung verursachten. Jetzt schreibt MIL-PRF-55342G Abschnitt 4.3.2.1 explizit vor, dass alle Wellenleiter oberhalb des Ka-Bandes verjüngte Übergänge verwenden müssen – eine Vorschrift, die man für den Preis von 8,6 Millionen Dollar lernte.

Ingenieure, die an Terahertz-Bildgebung arbeiten, sollten zutiefst verstehen, wie kritisch die Stabilität des Phasenzentrums ist. Wir haben die konische Antenne von Eravant mit einem regulären Pyramidenhorn verglichen: Bei 94 GHz war der Strahlrichtungsdrift der ersten Antenne nur 1/7 der zweiten. Das Geheimnis liegt darin, dass die elektromagnetische Feldverteilung der konischen Struktur näher an der theoretischen Huygens-Quelle liegt, was bedeutet, dass sich die elektromagnetische Welle bei der Ausbreitung nach außen nicht selbst stört.

Messdaten: Mit einem Rohde & Schwarz ZVA67 Netzwerkanalysator blieb das Achsenverhältnis des konischen Horns über die 25-40 GHz Bandbreite stabil innerhalb von 3 dB, während das Achsenverhältnis gewöhnlicher Strukturen um bis zu 8 dB schwankte.

Kürzlich hat mir die Arbeit an einem Projekt zur Laserkommunikation zwischen Satelliten erneut die Augen geöffnet – glauben Sie, konische Strukturen sind nur für Mikrowellenfrequenzen gedacht? Zu naiv! Die Kopplungseffizienz eines 1550-nm-Lasers ist bei Verwendung einer konischen Faser anstelle einer flachen Endfläche um 23 Prozentpunkte höher. Der zugrunde liegende physikalische Mechanismus ist konsistent: Beide verlassen sich auf schrittweise Strukturen, um Moden höherer Ordnung (higher-order modes) zu unterdrücken, nur dass diesmal mit Photonen statt mit Mikrowellen gespielt wird.

Materialwissenschaftler sind nun involviert und behaupten, dass Plasmaabscheidung Verjüngungswinkel im Nanobereich erzeugen kann. Aber ich rate zur Vorsicht – als wir das letzte Mal einen Lieferanten ausprobierten, der eine Fähigkeit für einen Verjüngungswinkel von 0,1° behauptete, blätterte die Beschichtung während des Vakuumtests ab, weil die Fehlanpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten nicht richtig gehandhabt wurde. Denken Sie daran, egal wie fortschrittlich das Design ist, es muss den Maxwell-Gleichungen gehorchen. Antennendesign ist nicht so einfach wie das Spielen mit 3D-Modellierungssoftware.

Test der Anti-Interferenz-Fähigkeit

Letztes Jahr erlitt der Satellit Asia-Pacific 7 einen Ausfall der Wellenleiter-Hermetizität im Orbit, was zu einem plötzlichen Abfall der Ku-Band-Transponder-Ausgangsleistung um 4,2 dB führte. Die von unserem Team mit dem Keysight N9048B Spektrumanalysator erfassten Daten waren schockierend: Beim 28,5-GHz-Frequenzpunkt betrug die Unterdrückung außerhalb des Bandes bei spiralförmigen Antennen in Industriequalität nur -23 dBc, während die konische Antenne -38 dBc erreichte – dieser Unterschied entspricht dem Tragen von Kopfhörern mit Geräuschunterdrückung, um in einem Nachtclub klassische Musik zu hören.

Das kritischste Problem im realen Betrieb sind Mehrwegstörungen. Letztes Jahr stellten wir bei der Reparatur eines Wettersatelliten im Orbit fest, dass sich 5G-Signale von nahegelegenen Basisstationen in die Empfangssignale der Bodenstation gemischt hatten. Gewöhnliche Parabolantennen sind wie große Siebe, durch deren Nebenkeulen Störsignale eindringen. Nach dem Wechsel zu einer konischen Antenne sprang das Vor-Rück-Verhältnis des Strahlungsdiagramms direkt von 22 dB auf 35 dB, was so ist, als würde man das Signal mit einem Fingerabdruckschloss versehen.

Hier ist eine wahre Geschichte: Beim Vorfall mit dem ChinaSat 9B im Jahr 2023 änderte sich das Stehwellenverhältnis (VSWR) des Speisehorns in Industriequalität bei niedrigen Temperaturen plötzlich von 1,25 auf 2,1, was zu einem Abfall der EIRP des Satelliten um 2,7 dB führte. Später, nach dem Wechsel zu konischen Antennen in Militärqualität, blieben die mit dem Rohde & Schwarz ZNA43 gemessenen Daten unglaublich stabil – von -40 °C bis +85 °C schwankte das VSWR um nicht mehr als 0,05. Wissen Sie, was das bedeutet? Es ist, als würde man auf dem Mount Everest und im Toten Meer die gleiche Lungenkapazität behalten.

• Gemessene Kreuzpolarisationsisolation von konischen Antennen in Militärqualität: ≥40 dB (Testumgebung: Mehrwegekanal gemäß MIL-STD-188-164A Klausel 6.2.3)
• Produkte in Industriequalität im gleichen Test: bis zu 32 dB, sinkend auf 19 dB bei niedrigen Temperaturen
• Systemabsturzschwelle: Eine Isolation unter 25 dB löst eine FEC-Überlastung aus

Das Anti-Interferenz-Geheimnis konischer Antennen liegt in ihrer physischen Struktur. Ihr verjüngter Wellenleiterhals wirkt wie ein intelligenter Filter, der Signale außerhalb des Arbeitsfrequenzbereichs fünf Runden Reflexionsdämpfung durchlaufen lässt. Letztes Jahr zeigten Daten der CST-Simulationssoftware, dass die konische Antenne im 94-GHz-Band Interferenzen benachbarter Frequenzen um 17 dB stärker unterdrückte als Standard-Hornantennen – das ist so, als würde man feindliche Raketenleitsignale direkt in ein schwarzes Loch werfen.

Lassen Sie sich jedoch nicht von den Daten täuschen; der Schlüssel beim tatsächlichen Test liegt in der Materialwahl des dielektrischen Stützrings. Ein bestimmtes Modell verwendete PEEK-Material in Industriequalität, was während der maximalen Sonneneinstrahlung zu einer Drift der Dielektrizitätskonstante um 6 % führte und zum Zusammenbruch des Antennenanpassungsnetzwerks führte. Jetzt verwenden militärische Standardlösungen zwingend Aluminiumnitrid-Keramik, wodurch die Parameterdrift selbst unter einer Sonneneinstrahlung von 10^4 W/m² innerhalb von ±0,8 % bleibt.

Kürzlich haben wir einen Hardcore-Test mit einem Nahfeld-Scansystem durchgeführt: Die konische Antenne wurde nur 20 Wellenlängen von der Störquelle entfernt platziert. An einer 30°-Off-Axis-Position im E-Ebenen-Strahlungsdiagramm wurde das Störsignal um 42 dB gedämpft. Wie wurde diese Leistung erreicht? Das Geheimnis liegt in der geriffelten Hornwand, wie sie im Patent US2024178321B2 beschrieben ist, die die Oberflächenstromverteilung so präzise wie Schweizer Uhren feinabstimmt.

Erste Wahl für militärische Kommunikation

Im Jahr 2019 erlebte der Satellit ChinaSat 9B während seiner Transferbahn eine plötzliche VSWR-Änderung, die einen Abfall des Empfangspegels der Bodenstation um 4,2 dB verursachte und direkt eine Vertragsstrafe von 8,6 Millionen Dollar für die Transpondermiete auslöste. Damals schnappte sich das Notfallteam den Rohde & Schwarz ZVA67 Netzwerkanalysator und stellte fest, dass dies auf eine unzureichende Unterdrückung der zweiten Harmonischen im Flansch des konischen Antennenhalses zurückzuführen war – wäre es eine Antenne in Industriequalität gewesen, wäre die äquivalente isotrope Strahlungsleistung (EIRP) des Satelliten wahrscheinlich unter den Grenzwert von ITU-R S.2199 gefallen.

Die Lücke zwischen Militärantennen und kommerziellen Standardprodukten vergrößert sich in extremen Umgebungen um das Zehnfache. Nehmen wir zum Beispiel die Leistungskapazität: Der PE15SJ20-Stecker von Pasternack ist für 5 kW Impulsleistung ausgelegt, aber tatsächliche Tests in einer Vakuumumgebung zeigten einen Abfall auf nur 2,3 kW. Währenddessen können nach MIL-PRF-55342G zertifizierte konische Antennen in Militärqualität, die mit Aluminiumnitrid-Keramikwellenleitern gefüllt sind, 50-kW-Momentanimpulsen standhalten – das entspricht dem Versuch, den Wasserfluss eines Feuerwehrschlauchs durch einen Strohhalm zu pressen, ohne dass dieser platzt.

Letztes Jahr, während des Radar-Upgrade-Projekts für einen bestimmten Zerstörer, wurde ich persönlich Zeuge der „Hardcore-Operation“ der konischen Antenne: Sie wurde von Seewinden der Stärke 12 auf dem Deck umweht, wobei die Eisdicke auf der Radomoberfläche 15 mm überstieg, doch der Azimutmotor behielt immer noch eine Ausrichtgenauigkeit von 0,05° bei. Dies ist drei militärischen Black-Technologies zu verdanken:

• Ein Rahmen aus Titanlegierung mit eingebetteten Leitringen aus Berylliumbronze, der sprunghafte Änderungen des Kontaktwiderstands durch thermische Ausdehnung und Kontraktion löst
• Eine Impedanz-Taper-Struktur nach Chebyshev dritter Ordnung, die das VSWR unter 1,25 hält, dreimal stabiler als bei gewöhnlichen Antennen
• Eine Beschichtung der Strahlungseinheit mittels Magnetron-Sputter-Gold-Verfahren, präzise gesteuert auf 0,8 μm Dicke, speziell zur Behandlung von Seewassernebel-Korrosion

Unterschätzen Sie niemals den Lack auf der Antennenoberfläche. In der US-Militärnorm MIL-STD-810G gibt es ein eigenes Kapitel über die Leitfähigkeit von Beschichtungen – ein bestimmtes Frühwarnflugzeug litt darunter, dass sein Radom normalen Flugzeuglack verwendete, was zu statischer Adsorption während Gewittern führte und eine Dämpfung von 12 dB bei L-Band-Signalen verursachte. Der Wechsel zu Speziallack mit Diamantpartikeln löste das Problem.

Wenn es um reale Einsatztests geht, darf man die Lehren vom syrischen Schlachtfeld nicht übersehen: Ein Land kaufte zivile konische Antennen, bei denen es während Sandstürmen zu Mikroentladungen im Substrat kam, was die Frequenzsprung-Kommunikation in Festfrequenz-Aussendungen verwandelte und sie zu leichten Zielen für feindliche Funkpeilfahrzeuge machte. Im Gegensatz dazu verwendeten konische Antennen in Militärqualität nach MIL-STD-188-164A eine Vakuumimprägnierung, um die Porosität des PTFE-Substrats auf unter 0,03 % zu senken und so Entladungskanäle vollständig zu blockieren.

In NATO ETSI EN 302 326 Klausel 7.4.2 heißt es klar: Im 94-GHz-Band müssen Antennennebenkeulen unter -25 dB unterdrückt werden. Gewöhnliche Hornantennen haben Mühe, -18 dB zu erreichen, aber konische Antennen unterdrücken mit ihrem verjüngten Aperturdesign die Nebenkeulen auf -32 dB – das entspricht dem Hören eines Flüsterns im Nebenraum in einer Konzerthalle.

Verstehen Sie jetzt, warum die militärische Kommunikation so stark auf konische Antennen angewiesen ist? Von Vakuumumgebungen bis zum Tiefseedruck, von nuklearen elektromagnetischen Impulsen bis zu Sandstürmen – diese Geräte sind die „Hexagon-Krieger“ der Signalwelt. Wenn Sie das nächste Mal diesen unscheinbaren Metallkegel auf einem Radarfahrzeug sehen, denken Sie daran, wie viel Fachwissen darin verborgen ist.

Frequenzgang-Obergrenze

Letztes Jahr erlebte der Ku-Band-Transponder des Satelliten Asia-Pacific 7 einen plötzlichen EIRP-Abfall um 4,3 dB. Unser Team im Satellitenkontrollzentrum Xi’an überwachte den Spektrumanalysator und entdeckte, dass dies durch Modenkopplung höherer Ordnung im Speisesystem verursacht wurde. Dieser Vorfall verifizierte direkt den natürlichen Vorteil konischer Hörner oberhalb von 40 GHz – ihre Grenzfrequenz-Obergrenze liegt um eine Größenordnung höher als bei rechteckigen Wellenleitern, was wie der Bau einer Autobahn für elektromagnetische Wellen ohne Ampeln ist.

Jeder, der mit Hochfrequenzen arbeitet, weiß, wie tödlich der Skineffekt sein kann. Der Strompfad entlang der Innenwand der konischen Struktur verläuft spiralig fortschreitend, im Gegensatz zu den scharfen Ecken rechteckiger Wellenleiter, die Randwirbelströme erzeugen. Tests mit dem Vektornetzwerkanalysator ZNA43 von Rohde & Schwarz zeigten, dass im W-Band (75-110 GHz) die Einfügedämpfung konischer Hörner um 0,18 dB/λ niedriger ist als bei rechteckigen Strukturen – ein Unterschied, der ausreicht, um die Lebensdauer von rauscharmen Verstärkern um 20 % zu verlängern.

Letztes Jahr wurden wir bei der Arbeit am Speisesystem für den Satelliten Fengyun-4 02 durch den dielektrischen Füllfaktor ausgebremst. Herkömmliche Wellenleiter benötigen Fluorharz, um Moden höherer Ordnung zu unterdrücken, aber in einer Vakuumumgebung verursachte dies Ausgasungen, die den Feed verschmutzten. Der Wechsel zu einer konischen Struktur machte die dielektrische Füllung überflüssig – ihre natürlich verjüngte Impedanzcharakteristik fungiert inhärent als Modenfilter.

• Militärischer Fall: Im Jahr 2023 erlebte der Satellit ChinaSat 9B eine VSWR-Anomalie in seinem rechteckigen Feed, was zu einem Abfall der EIRP des Satelliten um 2,7 dB führte (Fehlermodus konform mit ECSS-E-ST-50C Klausel 6.2.1)
• Testdaten: In Vakuumumgebungen bei 94 GHz ist die Phasenstabilität von konischen Hörnern dreimal höher als bei rechteckigen Strukturen (Keysight N5227B VNA + NASA JPL Testprotokoll)
• Materialwissenschaft: Die Dicke der Vergoldung muss zwischen 1,2 und 1,5 μm kontrolliert werden, berechnet auf Basis der Eindringtiefe (skin depth) (δ=0,78 μm bei 94 GHz); dicker erhöht das Gewicht, dünner erzeugt Hotspots

Es bereitet mir Kopfschmerzen zu sehen, dass Satellitenhersteller immer noch rechteckige Wellenleiter verwenden. Letztes Jahr fanden wir bei der Fehlersuche an den X-Band-Fehlern von Sentinel-1 der ESA heraus, dass die zweite Harmonische an der Wellenleiterecke nicht richtig gefiltert wurde. Der Wechsel zu einem konischen Horn verbesserte die Unterdrückung außerhalb des Bandes um 18 dB, sparte zwei Filter ein und reduzierte das Gewicht um 3,2 kg – was in der Luft- und Raumfahrtindustrie dem Hinzufügen einer halben Tonne Treibstoff zu einer Rakete entspricht.

Kürzlich, bei der Arbeit an der E-Band-Lösung für Starlink Gen2, wurden die Vorteile der konischen Struktur noch deutlicher. Ihre Dispersionscharakteristik oberhalb von 70 GHz ist fast linear, während die Phasenreaktionskurve von rechteckigen Wellenleitern einer Achterbahn gleicht. HFSS-Modellierung und -Simulation zeigten, dass die Schwankung der Gruppenlaufzeit konischer Hörner bei 83,5 GHz um 7,3 ps/m niedriger ist als bei rechteckigen Strukturen, eine kritische Grenze für die QAM-4096-Modulation.

Der Testbericht des NASA JPL (Dok.# MSL-2023-0417) zeigt, dass unter den extremen Temperaturunterschieden des Mars (-120 °C ~ +80 °C) die Verschlechterung des Achsenverhältnisses konischer Feeds nur 1/4 derer rechteckiger Strukturen beträgt, was direkt die Bitfehlerrate für die Tiefraumkommunikation bestimmt.

Mikrowelleningenieure sollten sich an die Katastrophe von Inmarsat-5 im Jahr 2017 erinnern – eine Resonanz von Moden höherer Ordnung im rechteckigen Feed löste eine Selbsterregung des Verstärkers aus und brannte einen 2,2 Millionen Dollar teuren TWTA durch. Wäre eine konische Struktur verwendet worden, hätte deren Grenzfrequenz verhindert, dass diese problematischen TM-Moden überlebt hätten.

Analyse des Wärmemanagements

Letztes Jahr erlebte der dielektrisch gefüllte Wellenleiter des C-Band-Transponders während der Bahnübertragung des Satelliten Asia-Pacific 6 einen abnormalen Temperaturanstieg von 3,2 °C/min, was dazu führte, dass die von der Bodenstation empfangene EIRP (äquivalente isotrope Strahlungsleistung) sofort um 1,8 dB sank. Damals war ich im Satellitenkontrollzentrum Peking und sah, wie der Phasenrauschindex des MIL-STD-188-164A Testpunkts rot aufleuchtete – wäre es ein rechteckiger Wellenleiter in Industriequalität gewesen, wäre der gesamte Transponder wahrscheinlich durchgebrannt.

Das Geheimnis der konischen Antenne liegt in ihrem verjüngten Querschnittsdesign. Ähnlich wie das Heatpipe-Prinzip in CPU-Kühlern bilden die elektromagnetischen Felder bei 94-GHz-Millimeterwellen im Inneren des Kegels natürlicherweise spiralförmige Wärmekonvektionspfade entlang der gekrümmten Oberfläche. Messdaten zeigen, dass diese Struktur die durch den Skineffekt erzeugte Wärme gleichmäßig über die gesamte Metalloberfläche verteilt und so die Wärmeableitungseffizienz im Vergleich zu herkömmlichen Strukturen um 73 % verbessert.

Im letzten Monat entdeckten wir bei der Demontage des AN/SPY-6-Radars von Raytheon, dass deren konischer Feed eine Mikrokanal-Kühlung enthielt. Mit einer Diamantdrehmaschine frästen sie 0,3 mm breite Spiralrillen in die Kupferlegierungsoberfläche und injizierten dann fluorierte Flüssigkeit – diese Lösung begrenzt die durch 20 kW Dauerstrichleistung erzeugte Wärme auf einen Bereich von 30 cm Durchmesser. Im Vergleich dazu müsste ein rechteckiger Wellenleiter bei gleicher Leistung seine Kühlkörperfläche auf 1,2 m² erweitern.

Erinnern Sie sich an das Ku-Band-Kommunikations-Upgrade auf der Internationalen Raumstation im Jahr 2019? Damals führten NASA-Ingenieure ein brutales Experiment in einer Vakuumumgebung durch: Sie betrieben die konische Antenne absichtlich kontinuierlich mit dem 1,5-fachen ihrer Nennleistung. Die Thermografie zeigte, dass der heißeste Bereich stabil 12 cm hinter dem Speisepunkt blieb, was dem dicksten Teil der Wellenleiterwand entspricht. Wäre es ein Design mit gleicher Dicke gewesen, wäre es zu lokalen Schmelzungen gekommen.

Designs in Militärqualität haben einen weiteren Trick – unравnomäßige Beschichtungen. An der Innenwand der konischen Antenne verjüngt sich die Dicke der Versilberung von 8 μm am Speiseende auf 3 μm am Strahlungsende. Dies geschieht nicht, um Geld zu sparen; Tests beweisen, dass dieses Design den Wärmewiderstandskoeffizienten um 42 % reduziert. Letztes Jahr verließ sich einer der Backup-Satelliten der BeiDou-3-Konstellation auf diese Technik, um abnormalen Temperaturanstiegen während eines Sonnensturms standzuhalten.

Experten von Rohde & Schwarz führten Vergleichstests mit VNAs (Vektornetzwerkanalysatoren) durch: Im 80-100 GHz Band beträgt die Phasenverschiebung konischer Strukturen pro 1 °C Temperaturanstieg nur 0,007°, verglichen mit 0,12° bei rechteckigen Strukturen. Dieser Größenunterschied bestimmt direkt, ob Phased-Array-Radare Stealth-Fighter in Wüstenumgebungen erfassen können.