DE69927098T2

DE69927098T2 - Dipolspeiseanordnung für eine Reflektorantenne

Info

Publication number: DE69927098T2
Application number: DE69927098T
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Kilsyth 3137 Quade
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1998-08-27
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2019-07-31
Also published as: US6175338B1; EP0982802A2; EP0982802B1; DE69927098D1; AUPP549598A0; ES2246561T3; ATE304227T1; EP0982802A3

Description

Diese Erfindung betrifft Antennen des Typs, der ein parabolisches Reflektorelement zum Konzentrieren von Mikrowellenstrahlung, die von einer Speiseanordnung gesendet wird, die sich am Brennpunkt des Reflektors befindet, zu einem kollimierten Mikrowellen-Strahlenbündel aufweist. Insbesondere betrifft die Erfindung Speiseanordnungen für derartige Antennen.
Parabolische Reflektorantennen dienen zur gerichteten Funk- und Satellitenübertragung. Der parabolische Reflektor kann von einer Gitterstruktur oder einer massiven Struktur sein.
Die Reflektoren der Antennen werden normalerweise von Speiseanordnungen in Form entweder eines „Krückstock"-Hornstrahlers oder eines Dipolstrahlers mit Subreflektor ausgeleuchtet. Antennen mit Hornstrahler werden normalerweise für Frequenzen oberhalb von 3 GHz verwendet, und Dipolstrahler-Anordnungen werden für Frequenzen unterhalb von 3 GHz verwendet.
Oberhalb von 3 GHz sind die erforderlichen Maße der Hornstrahlerspeisestruktur einer Hornstrahler-gespeisten Antenne so, dass die Minimalgröße des parabolischen Reflektors typischerweise auf ungefähr 1,8 Meter begrenzt ist. Unterhalb dieser Reflektorgröße leidet die Antenne unter Aperturblockade, die die Richtcharakteristik der Antenne verschlechtert und sie weniger effizient macht.
Bekannte Dipol-Speiseanordnungen werden üblicherweise aus einzelnen zerspanend hergestellten metallenen Komponenten gefertigt und benötigen darüber hinaus eine separate Balunanordnung.
Eine bekannte Dipolanordnung, die als nächstliegender Stand der Technik angesehen wird, ist in US-Patentschrift 5.229.782 beschrieben. Beschrieben wird eine Dipolanordnung zum Empfangen mehrerer Kanäle in einem Frequenzbereich von 2000 und 3000 MHz, die aus einer Leiterplatte gebildet wird. Auf der Leiterplatte sind zwei gestockte Dipole in Schleifen- oder Schmetterlingsform geätzt, und jeder der Dipole weist ein erstes Halbelement auf, das auf der ersten Seite der Leiterplatte ausgeätzt ist, und das zweite Halbelement, das auf der zweiten Seite der Leiterplatte ausgeätzt ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine wirtschaftliche, einfach hergestellte Dipol-Speiseanordnung für eine Reflektorantenne für den Betrieb bei Frequenzen oberhalb von 3 GHz bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dipol-Speiseanordnung für eine Reflektorantenne bereitzustellen, die einen integrierten Blaun aufweist.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dipol-Speiseanordnung für eine Reflektorantenne bereitzustellen, die mithilfe von Leiterplattentechniken implementiert werden kann.
Gemäß der Erfindung wird eine Dipol-Speiseanordnung für eine parabolische Reflektorantenne bereitgestellt, wobei die Anordnung ein ebenes Element aus isolierendem Material umfasst, das auf dessen einer Seite ein erstes Muster aus leitfähigem Material hält, das mindestens zwei in einem Abstand parallel angeordnete Dipolelemente mit vorher festgelegten Maßen bildet, deren jeweilige mittlere Teile durch ein einzelnes leitfähiges Element verbunden sind, das mit zwei entgegengesetzten kollinearen Schlitzen versehen ist, deren elektrische Längen näherungsweise gleich einem Viertel einer Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz der Antenne sind, wobei die Schlitze die jeweiligen Dipole gabeln, wobei das leitfähige Element eine erste Anschlusszone für den Anschluss des äußeren Leiters eines koaxialen Speisekabels beinhaltet, wobei die Schlitze und das leitfähige Element einen Teil eines integrierten Balun-Mittels bilden, wobei das leitfähige Element auf einer Seite des Leiterelements ferner mindestens zwei in einem Abstand angeordnete Kerben beinhaltet, deren Tiefe und Lage vorher festgelegt sind, und wobei ein zweites Muster aus leitfähigem Material auf der anderen Seite des ebenen Elements gehalten wird, das ein Übertragungsleitungselement bildet, das mit einer zweiten Anschlusszone für den Anschluss des inneren Leiters des koaxialen Speisekabels versehen ist, wobei die erste Anschlusszone und die zweite Anschlusszone koaxial sind, wobei das Übertragungsleitungselement zwei in einem Abstand angeordnete Durchkontaktierungsmittel aufweist, von denen jedes mit einem vorher festgelegten Teil eines jeweiligen Dipolelements in Verbindung steht.
Damit die Erfindung einfach zur Anwendung gebracht werden kann, wird nun eine Ausführungsform derselben unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei
1 eine Seitenrissansicht, die im Querschnitt teilweise ausgebrochen ist, einer Reflektorantennen-Baugruppe ist, deren parabolischer Reflektor bruchstückhaft dargestellt ist und in die die Dipol-Speiseanordnung der vorliegenden Erfindung integriert ist.
2 eine vergrößerte Detailansicht ist, die die Art und Weise des Anschlusses eines Koaxialkabels an der Dipol-Speiseanordnung der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 eine Vorderansicht der Dipol-Speiseanordnung der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 eine Rückansicht der in 3 gezeigten Dipol-Speiseanordnung zeigt.
Bezug nehmend auf 1 umfasst die parabolische Reflektorantenne einen (bruchstückhaft dargestellten) parabolischen Reflektor 1, ein mittig auf dem Reflektor angebrachtes Speiserohr 2, eine Dipol-Speiseanordnung 3 in Form einer Leiterplatte, die sich am Brennpunkt des parabolischen Reflektors befindet, und einen Subreflektor 4, der sich näherungsweise eine Viertelwellenlänge rückwärtig der Dipol-Speiseanordnung befindet. Sowohl die Dipolanordnung 3 als auch der Subreflektor 4 sind mit Befestigungsmitteln innerhalb eines (nicht gezeigten) umschließenden Radoms fest montiert, das an Speiserohr 2 angebracht ist.
Ein Koaxial-Speisekabel 5, das einen äußeren Leiter 6 und einen inneren Leiter 7 aufweist, befindet sich innerhalb des Speiserohres 2 und erstreckt sich von der Dipol-Speiseanordnung zu einem nicht gezeigten Anschlussmittel an der Rückseite des Reflektors 1.
Jetzt Bezug nehmend auf 3 und 4 umfasst die charakteristische Dipol-Speiseanordnung 3 einen 8,0 cm × 8,0 cm großen achteckig geformten ebenen Halter 8 aus isolierendem Material, auf dessen einer Oberfläche 9 (3) ein leitfähiges Muster gehalten ist, das zwei parallele Dipolelemente 10 und 11 umfasst, die jeweils 3,5 cm Länge besitzen. Der mittlere Teil eines Dipols ist mit dem mittleren Teil des anderen Dipols über ein gemeinsames Leiterelement 12 verbunden.
Das Leiterelement beinhaltet zwei 13 mm × 1 mm große kollineare Schlitze 13 und 14, die jeweils einen zugehörigen Dipol gabeln. Jeder Schlitz ist näherungsweise von einem Viertel einer elektrischen Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz der Antenne (z.B. 3,5 GHz). Auf einer Seite des Leiterelements 12 sind zwei in einem Abstand angeordnete Kerben 15 und 16 bereitgestellt.
Die Dipole 10 und 11 sind jeweils mit einer Durchkontaktierung 17, 18 versehen, die mit der entgegengesetzten Oberfläche des ebenen Halters 8 (siehe 4) in Verbindung stehen.
Das Leiterelement 12 beinhaltet außerdem eine kreisförmige Fläche 19, die frei von leitfähigen Material ist. Diese Fläche ist zu einer mittigen durchkontaktierten Bohrung 20 koaxial. Der Durchmesser der kreisförmigen Fläche 19 ist so, dass er geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des äußeren Leiters 6 von Koaxial-Speisekabel 5 ist. Ein Kranz des leitfähigen Materials, der die kreisförmige Fläche 19 begrenzt, bildet eine erste Anschlusszone zum Anschließen des Leiterelements 12 beispielsweise durch Löten an den äußeren Leiter 6 der koaxialen Speisung 5, wie in 2 gezeigt.
Auf der entgegengesetzten Seite des ebenen Halters 8, der in 4 gezeigt ist, wird ein leitfähiges Muster in Form eines Übertragungsleitungselements 21 auf einer Oberfläche 22 des ebenen Halters gehalten. Das Übertragungsleitungselement beinhaltet die oben erwähnten Durchkontaktierungen 17 und 18, die das Übertragungsleitungselement mit jeweiligen Dipolen 10 und 11 elektrisch verbinden. Die mittige durchkontaktierte Bohrung 20 gestattet es durch den ebenen Halter 8, den Mittelleiter 7 der koaxialen Speisung 5 beispielsweise durch Löten an einer zweiten Anschlusszone 23 anzuschließen, wie in 2 gezeigt.
Die optimale Symmetrie der Richtcharakteristik der Speiseanordnung erfordert es, dass im Wesentlichen identische Stromamplituden in jeder Hälfte jedes Dipols fließen. Dies kann in der vorliegenden Erfindung durch sorgfältiges Auswählen des Ortes jeder Durchkontaktierung 17 und 18 und des Ortes und der Tiefe der Kerben 15 und 16 erreicht werden.
Vorteilhafterweise ist die oben beschriebene Dipol-Speiseanordnung mithilfe von Leiterplattentechniken implementiert.

Claims

Dipol-Speiseanordnung (3) für eine parabolische Reflektorantenne, wobei die Anordnung ein ebenes Element (8) aus isolierendem Material umfasst, das auf dessen beiden Seiten (9, 22) ein Muster aus leitfähigem Material hält, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf einer Seite (9) des ebenen Elements (8) ein erstes Muster aus leitfähigem Material aufweist, das mindestens zwei parallele Dipolelemente (10, 11) mit vorher festgelegten Maßen bildet, deren jeweilige mittlere Teile durch ein einzelnes leitfähiges Element (12) verbunden sind, das mit zwei entgegengesetzten kollinearen Schlitzen (13, 14) versehen ist, deren elektrische Längen näherungsweise gleich einer Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz der Antenne sind, wobei die Schlitze (13, 14) die jeweiligen Dipole (10, 11) gabeln, wobei das leitfähige Element (12) eine erste Anschlusszone (19) für den Anschluss des äußeren Leiters (6) eines koaxialen Speisekabels (5) beinhaltet, wobei die Schlitze und das leitfähige Element einen Teil eines integrierten Balun-Mittels bilden, wobei das leitfähige Element (12) ferner mindestens zwei in einem Abstand angeordnete Kerben (15, 16) vorher festgelegter Tiefe beinhaltet, die sich auf einer Seite des Leiterelements befinden, und wobei ein zweites Muster aus leitfähigem Material auf der anderen Seite (22) des ebenen Elements (8) gehalten ist, das ein Übertragungsleitungselement (21) bildet, das mit einer zweiten Anschlusszone (23) für den Anschluss des inneren Leiters (7) des koaxialen Speisekabels (5) versehen ist, wobei die erste Anschlusszone (19) und die zweite Anschlusszone (23) im Wesentlichen koaxial sind, wobei das Übertragungsleitungselement (21) zwei in einem Abstand angeordnete Durchkontaktierungsmittel (17, 18) aufweist, von denen jedes mit einem vorher festgelegten Teil eines jeweiligen Dipolelements in Verbindung steht.
Dipol-Speiseanordnung (3) nach Anspruch 1, wobei das erste Muster aus leitfähigem Material, das zweite Muster aus leitfähigem Material und das ebene Element (8) in der Form einer Leiterplatte angeordnet sind.
Anordnung einer parabolischen Reflektorantenne, die ein parabolisches Reflektorelement (1) beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Dipol-Speiseanordnung (3) nach Anspruch 1 oder 2, die fest am Brennpunkt des parabolischen Reflektorelements (1) angeordnet ist, und ein Subreflektorelement (4) umfasst, das fest in einem vorher festgelegten Abstand von der vom parabolischen Reflektorelement (1) entfernten Dipol-Speiseanordnung (3) angeordnet ist.
Anordnung einer parabolischen Reflektorantenne nach Anspruch 3, wobei die Dipol-Speiseanordnung (3) durch ein Rohr (2) fest angeordnet ist, das sich fest von der Mitte des parabolischen Reflektorelements (1) erstreckt, wobei die Dipol-Speiseanordnung (3) am Rohr (2) am Brennpunkt des parabolischen Reflektorelements (1) angebracht ist.
Anordnung einer parabolischen Reflektorantenne nach Anspruch 4, wobei ein Koaxial-Speisekabel (5), das einen äußeren Leiter (6) und einen inneren Leiter (7) beinhaltet, innerhalb des Rohres (2) angeordnet ist, wobei sich das Speisekabel (5) von Speiseanschlussmitteln zu Anschlusszonen der Dipol-Speiseanordnung (3) erstreckt, wobei der äußere Leiter (6) elektrisch mit der ersten Anschlusszone (19) verbunden ist und der innere Leiter (7) elektrisch mit der zweiten Anschlusszone (23) verbunden ist.
Anordnung einer parabolischen Reflektorantenne nach Anspruch 5, wobei die inneren (7) und äußeren (6) Leiter durch Löten elektrisch mit den jeweiligen Anschlusszonen verbunden sind.
Parabolische Reflektorantenne nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Dipol-Speiseanordnung (3) und das Subreflektorelement (4) von einem Radom umschlossen sind.
Anordnung einer parabolischen Reflektorantenne nach Anspruch 7, die angepasst ist, um auf einer Frequenz von 3,50 GHz betrieben zu werden.