DE69506442T2 - Elektrisch leitende schalenstruktur für koaxiale kolineare gruppenantenne - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Erfindungsgebiet
• Die Erfindung betrifft Feld-Gruppenantennen und insbesondere eine Gruppe koaxialer Elemente, die in einer linearen Ausrichtung angeordnet sind.
2. Beschreibung des Standes der Technik
• Eine lineare Gruppe koaxialer Elemente aus dem Stand der Technik umfaßt eine Mehrzahl koaxialer Kabel, wobei jedes zwischen dem Innen- und Außenleiter ein festes Dielektrikum aufweist, worin der Innenleiter des einen Kabels mit dem Außenleiter des nachfolgenden Kabels verbunden ist. Die Wellenlänge einer sich in einem Kabelabschnitt ausbreitenden Welle ist eine Funktion der dielektrischen Konstante des dielektrischen Materials und wird durch die Formel λε bestimmt, worin λ die Wellenlänge im freien Raum ist und ε die dielektrische Konstante des dielektrischen Materials ist. Jeder Abschnitt ist eine halbe Kabellänge lang. Da das Dielektrikum außerhalb vom Kabel Luft ist, die über eine dielektrische Konstante verfügt, die kleiner als die eines festen Dielektrikums ist, überschreitet die Wellenlänge einer sich im freien Raum ausbreitenden Welle die Kabel-Wellenlänge. Folglich ist jeder Abschnitt kleiner als die Hälfte einer Wellenlänge im freien Raum, wobei die Gesamtlänge λ2 ε beträgt. Die Leistung der koaxialen kolinearen Gruppe aus dem Stand der Technik wird auf drei Arten durch die dielektrische Ladung verschlechtert: als erstes ist die Stromverteilung über die Elementabschnitte nicht gleichmäßig; als zweites ist das Dielektrikum mit Verlust behaftet und trägt zur mangelnden Effizienz der Antenne bei; und als drittes ist die Länge pro Abschnitt vorverkürzt, wodurch die Antennenverstärkung nachteilig beeinflußt wird. Des weiteren werden die Elementabschnitte aus einem halbstarren koaxialen Kabel ausgebildet, das mit engen Toleranzen geschnitten werden muß, sind am Ende entisoliert, und der delikate Vorgang des Lötens des Innenleiters eines Abschnitts mit dem Außenleiter des folgenden Abschnitts muß durchgeführt werden. Der Lötvorgang ist besonders schwierig, wenn das dielektrische Material eine niedrige Schmelztemperatur wie beispielsweise Polyethylen-Schaum aufweist, der aufgrund seiner niedrigen Verlusteigenschaften für gewöhnlich verwendet wird.
• Eine koaxiale kolineare Gruppe, die zwischen dem Innen- und dem Außenleiter der koaxialen Elemente ein Luft-Dielektrikum aufweist, wird im US-Patent 5 285 211 von Harper et al. offenbart, das auf den 8. Februar 1994 Harper et al. erteilt wurde und dem Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen wurde. Diese Gruppe verwendet einen Koppler, der zwischen jedem Halbwellenlängenabschnitt angebracht wird, der Stützen für den Außenleiter und durchgehende Durchgänge für die Innenleiter angrenzender Abschnitte aufweist. Die Außenleiterstützen und durchgehenden Innenleiterdurchgänge erhalten die Stellung der Innen- und Außenleiter ohne eine zusätzliche dielektrische Stütze, womit die koaxialen Leitungsabschnitte mit einem Luft- Dielektrikum bereitgestellt werden. Dieser Aufbau benötigt dennoch das Löten des Innenleiters eines koaxialen Abschnitts an den Außenleiter seines angrenzenden koaxialen Abschnitts. Obwohl viele Lötschwierigkeiten der dielektrisch gestützten Elemente gelöst sind, ist es möglich, eine kalte Lötstelle zu haben, die durch Vibrationen und Belastungen beim Transport geschwächt werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Die Erfindung wird in Anspruch 1 definiert. nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung umfaßt eine koaxiale kolineare Gruppenantenne einen Schalenaufbau, der über zwei hohle zylindrische Abschnitte verschiedenen Durchmessers verfügt, die durch ein Gewebe verbunden werden. Der Abschnitt größeren Durchmessers, der eine halbe Wellenlänge lang ist, wird angebracht, um den Außenleiter eines koaxialen Leitungselements der kolinearen Gruppe zu bilden, während der Abschnitt kleineren Durchmessers eine Führung für den Innenleiter eines angrenzenden koaxialen Elements ist. Ein Stab, der den Innenleiter des angrenzenden koaxialen Elements bildet, wird durch den Abschnitt kleineren Durchmessers geführt und auf eine Weise damit verbunden, um einen hervorragenden elektrischen Kontakt herzustellen, wodurch an der Gruppenelementverbindung eine 180º Phasenumkehr erzeugt wird. Diese Verbindung wird vorzugsweise durch Quetschen hergestellt, obwohl auch Löten verwendet werden kann. Die Nachteile des Lötens aus dem Stand der Technik werden durch den Einschluß des Lötmittels zwischen dem Stab und der Innenfläche des Abschnitts kleineren Durchmessers überwunden. Da entlang eines jeden Element eine 180º Phasenumkehr auftritt, bewirkt solchermaßen die 180º Phasenumkehr, die an der Verbindung der angrenzenden Elemente auftritt, daß die entsprechenden Bereiche an den strahlenden Elementen der Gruppe, die die Außenleiter der koaxialen Übertragungsleitungen sind, in Phase erregt werden. Ein flacher Bereich auf der Außenfläche des Abschnitts größeren Durchmessers wird bereitgestellt, um Symmetrietransformatoren zu unterbringen, durch die Energie an eine Gruppe gekoppelt werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Fig. 1 ist eine bildliche Ansicht der Erfindung. Die Fig. 2A und 2B sind jeweilige Seiten- und Vorderansichten der Erfindung.
• Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht eines Kopplungsbereichs einer koaxialen kolinearen Antenne, die die Erfindung verwendet.
• Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm von vier Elementen einer koaxialen kolinearen Antenne, die die Erfindung verwendet.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Nunmehr wird auf die Fig. 1, 2 A und 2B Bezug genommen. Ein Schalenaufbau 10 zur Verwendung in einer koaxialen kolinearen Antenne wird vollständig aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt. Ein erster hohler zylindrischer Abschnitt 11 wird durch ein Gewebe 15 mit einem zweiten hohlen zylindrischen Abschnitt 13 verbunden, wodurch eine integrale Einheit zur Verfügung gestellt wird. Der Innendurchmesser des ersten zylindrischen Abschnitts D1 wird für den leichten Durchgang eines Stabs gewählt, der als Innenleiter eines koaxialen Elements in der koaxialen kolinearen Gruppe dient. Der Durchmesser D1 ist etwas größer als der Durchmesser eines Innenleiters eines koaxialen Elements in der Gruppe, so daß der erste zylindrische Abschnitt 11 an den Innenleiter gequetscht werden kann, der sich aus einem angrenzenden koaxialen Element in die koaxiale kolineare Gruppenantenne erstreckt, um eine feste elektrische Verbindung zu erzeugen. Der zweite zylindrische Abschnitt hat eine Länge, die gleich der Hälfte der Wellenlänge λ einer Welle ist, die sich in einer koaxialen Luft- Dielektrikum-Übertragungsleitung ausbreitet, und er hat einen Innendurchmesser D2, der dem Innendurchmesser eines Außenleiters eines koaxialen Elements in der koaxialen kolinearen Gruppenantenne gleich ist. Wie beschrieben werden wird, ist der zweite Abschnitt 13 der Außenleiter eines koaxialen Elements in der Gruppenantenne und der erste Abschnitt 11 ist eine Führung, eine Stütze und ein Mittel, um den Innenleiter eines angrenzenden koaxialen Elements an den Außenleiter des einen koaxialen Elements elektrisch zu verbinden. Die Länge des ersten zylindrischen Abschnitts wird als gleichlang mit der des zweiten Abschnitts gezeigt. Obwohl die Länge der zwei Abschnitte nicht gleich sein muß, wird die Längengleichheit bevorzugt.
• Eine Trennung S zwischen den Mittelpunkten des ersten und des zweiten zylindrischen Abschnitts errichtet eine Versetzung zwischen angrenzenden koaxialen Elementen in der kolinearen Gruppe. Ein flacher Bereich 17 auf dem zweiten Abschnitt kann bereitgestellt werden, um Symmetrietransformatoren oder andere Schaltkreise zu unterbringen, um die Gruppe zu erregen. Dieser flache Bereich kann ebenfalls einen Anschluß 19 umfassen, um die Erregerschaltkreise an die Gruppe zu koppeln. Eine Vielfalt von Anschlußarten einschließlich eines angeschweißten Ansatzes, eines Nietlochs oder eines anderen Befestigungsmittels, Lötverbinders bzw. anderer Verbindungsgeräte kann verwendet werden.
• Unter Bezugnahme auf die Fig. 3, wird eine Querschnittsansicht einer koaxialen kolinearen Gruppenantenne an einem Kopplungsbereich zweier koaxialer Übertragungsleitungselemente gezeigt. Der zweite zylindrische Abschnitt eines ersten Schalenaufbaus 21 wird an einer Außenleiterstütze 23a an einer Seite eines dielektrischen Kopplers 23 befestigt, der der im zuvor erwähnten US-Patent 5 285 211 offenbarte Koppler sein kann, und der zweite zylindrische Abschnitt eines zweiten Schalenaufbaus 25 wird an einer Außenleiterstütze 23b an der anderen Seite des dielektrischen Kopplers 23 befestigt. Die Außenleiterstützen 23a und 23b werden mit einem Abstand versetzt, was die Achsen des ersten 25a und des zweiten 25b zylindrischen Abschnitts des Schalenaufbaus 25 jeweils mit den Achsen des zweiten 21b und ersten 21a zylindrischen Abschnitts des Schalenaufbaus 21 ausrichtet.
• Ein erster Stab 27 wird koaxial mit dem zweiten zylindrischen Abschnitt 21b des ersten Schalenaufbaus 21 angebracht, um ein koaxiales Übertragungsleitungs-Gruppenelement mit dem Stab 27 als Innenleiter und dem ersten zylindrischen Abschnitt 21b des ersten Schalenaufbaus 21 als Außenleiter zu errichten. Dieser Stab 27 erstreckt sich durch einen Durchgang 23c im Koppler 23 in den ersten zylindrischen Abschnitt 25a des zweiten Schalenaufbaus 25. Eine elektrische Verbindung wird zwischen dem Stab 27 und dem zweiten zylindrischen Abschnitt 25a des zweiten Schalenaufbaus 25 hergestellt. Diese elektrische Verbindung kann hergestellt werden, indem der zweite zylindrische Abschnitt 25a in einem Bereich 29 an den Stab 27 gequetscht wird (das bevorzugte Verfahren) oder indem der zweite zylindrische Abschnitt 25a an den Stab 27 gelötet wird.
• Auf ähnliche Weise wird ein zweiter Stab 31 koaxial mit dem zweiten zylindrischen Abschnitt 25b des zweiten Schalenaufbaus 25 angebracht, um ein koaxiales Übertragungsleitungs-Gruppenelement zu errichten, und zwar mit dem Stab 31 als Innenleiter und dem zweiten zylindrischen Abschnitt 25b des zweiten Schalenaufbaus 25 als Außenleiter. Dieser Stab 31 erstreckt sich durch einen Durchgang 23d im Koppler 23 in den ersten zylindrischen Abschnitt 21a des ersten Schalenaufbaus 21. Eine elektrische Verbindung wird zwischen dem Stab 31 und dem ersten zylindrischen Abschnitt 21a des zweiten Schalenaufbaus 21 hergestellt. Wie zuvor erörtert, kann diese elektrische Verbindung hergestellt werden, indem der erste zylindrische Abschnitt 21a in einem Bereich 33 an den Stab 31 gequetscht wird (das bevorzugte Verfahren) oder indem der erste zylindrische Abschnitt 21a an den Stab 31 gelötet wird.
• Es sollte anerkannt werden, daß der erste und der zweite zylindrische Abschnitt der Schalenaufbauten 21 und 25 jeweils durch das Gewebe 21c und 25c elektrisch verbunden sind. Solchermaßen wird der Innenleiter der koaxialen Übertragungsleitung, der durch den Stab 27 und den zweiten zylindrischen Abschnitt 21b des ersten Schalenaufbaus 21 gebildet wird, mit dem Außenleiter der koaxialen Übertragungsleitung elektrisch verbunden, die durch den Stab 31 und den zweiten zylindrischen Abschnitt 25b des Schalenaufbaus 25 gebildet wird. Auf ähnliche Weise wird der Innenleiter der koaxialen Übertragungsleitung, der durch den Stab 31 und den zweiten zylindrischen Abschnitt 25b des Schalenaufbaus 25 gebildet wird, elektrisch mit dem Außenleiter der koaxialen Übertragungsleitung verbunden, der durch den Stab 27 und den zweiten zylindrischen Abschnitt 21b des Schalenaufbaus 21 gebildet wird. Diese elektrischen Verbindungen kehren die Phase einer Welle um, die die Antenne durch den Kopplungsbereich erregt. Da die Phase mittels der einen halben Wellenlängenlänge des koaxialen Übertragungselements durch das koaxiale Übertragungselement umgekehrt wurde, wird jeder Bereich der zwei koaxialen Übertragungsleitungselemente jeweils in Phase erregt.
• Auf die Fig. 4 Bezug nehmend, wird ein schematisches Diagramm von vier koaxialen Übertragungselementen in einer koaxialen kolinearen Gruppenantenne gezeigt. Die koaxialen Übertragungsleitungselemente 35a-35d, die gebildet werden, indem Mittenleiter durch die zweiten zylindrischen Abschnitte des Schalenaufbaus geführt werden, werden von dielektrischen Kopplern 37a-37c gestützt und an angrenzende koaxiale Übertragungsleitungselemente gekoppelt, indem der Innenleiter eines koaxialen Übertragungsleitungselement durch einen Koppler in den ersten zylindrischen Abschnitt des angrenzenden Schalenaufbaus erstreckt wird, wie oben beschrieben wird. Die Schalenaufbauten der koaxialen Übertragungsleitungen sind ausgerichtet, um die flachen Abschnitte 39a-39c einheitlich zu positionieren. Die Antenne wird vervollständigt, indem die zusammengesetzten Elemente in ein Radom 41 und gesteckt und die Stützen 40a und 40b auf zwei ausgewählten flachen Abschnitten über einen Symmetrietransformator 43 an die Gruppenantennen- Anschlüsse 45 gekoppelt werden.

Claims (6)

1. Eine Antenne der Art, die über koaxiale Übertragungsleitungselemente verfügt, die auf eine Weise gekoppelt werden, daß der Innenleiter eines koaxialen Übertragungsleitungselements mit dem Außenleiter eines angrenzenden koaxialen Übertragungsleitungselements verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgendes umfaßt:

einen elektrisch leitenden integralen Aufbau (21, 25), der erste (21a, 25a) und zweite (21b, 25b) hohle zylindrische Abschnitte und ein verbindendes Gewebe (21c, 25c) dazwischen aufweist;

wobei der zweite zylindrische Abschnitt (21b, 25b) eine Innenfläche mit einem Innendurchmesser aufweist und derart angebracht ist, daß die Innenfläche als ein Außenleiter für ein koaxiales Übertragungsleitungselement der Antenne dient;

wobei der erste zylindrische Abschnitt (21a, 25a) elektrisch mit einem Innenleiter (31, 27) eines koaxialen Übertragungsleitungselements verbunden ist, das an das eine koaxiale Übertragungsleitungselement angrenzt, wodurch der Außenleiter des einen koaxialen Übertragungsleitungselements mit dem Innenleiter des angrenzenden koaxialen Übertragungsleitungselements verbunden wird.

2. Eine Antenne nach Anspruch 1, worin der erste zylindrische Abschnitt (21a, 25a) durch Anlöten elektrisch mit dem Innenleiter (31, 27) des koaxialen Übertragungsleitungselements verbunden wird, das an das eine koaxiale Übertragungsleitungselement angrenzt.

3. Eine Antenne nach Anspruch 1, worin der erste zylindrische Abschnitt (21a, 25a) durch Quetschen elektrisch mit dem Innenleiter (31, 27) des koaxialen Übertragungsleitungselements verbunden wird, das an das eine koaxiale Übertragungsleitungse lement angrenzt.

4. Eine Antenne nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, worin der zweite zylindrische Abschnitt (21b, 25b) eine Länge aufweist, die gleich einer halben Wellenlänge einer Welle an der Auslegungsfrequenz der Gruppe koaxialer Übertragungsleitungselemente ist.

5. Ein Antennenaufbau nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, worin die ersten und zweiten zylindrischen Abschnitte (21a, 25a, 21b, 25b) gleich lang sind.

6. Eine Antenne nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, die weiterhin elektrische Kopplungsanschlüsse einschließt, die auf einer Außenfläche des zweiten zylindrischen Abschnitts (21b, 25b) angebracht sind.