FI113589B - Mikroaaltoantennijärjestely - Google Patents

Description

1 113589

Mikroaaltoantennijärjestely

Keksinnön ala 5 Keksinnön kohteena on mikroaaltoantennijärjestely, joka käsittää maatason, säteilijöitä, ainakin yhden siirtolinjan ensimmäisen tyyppisen polarisaation syöttämiseksi säteilijöille, ainakin yhden siirtolinjan toisen tyyppisen polarisaation syöttämiseksi yhdelle tai useammalle niistä säteilijöistä, joille ensimmäisen tyyppistä polarisaatiota syötetään, ίο Erityisesti keksintö soveltuu käytettäväksi käännetyllä eli invertoi dulla mikroliuskarakenteella toteutetun kahdella polarisaatiolla syötettävän (dual slant) mikroaaltoantennijärjestelyn toteuttamiseen.

Keksinnön tausta 15 Mikroaaltoantenneissa käytetään nykyisin pääasiassa planaarisia antennityyppejä. Antennit on toteutettu mikroliuskapiireillä ja käytössä on yleisesti kaksi toteutustekniikkaa.

Yksinkertaiset planaariset antennirakenteet on toteutettu leikkaamalla säteilijät ja siirtojohdot ohuesta pellistä ja tukemalla rakenne maatasona 20 toimivan sileän metallilevyn päälle muovisilla tukielementeillä. Tällaisten pelti-rakennelmien ongelmana on niiden vaikea soveltaminen monielementtisiin antenneihin syöttölinjojen monimutkaisuuden takia. Toinen ongelma on se, vv että kapeita siirtolinjoja on vaikea toteuttaa tällä menetelmällä.

:.i · Monimutkaisemmat planaariset antennirakenteet on toteutettu pai- ·:··: 25 nopiirirakenteilla. Painopiirirakenteiden ongelmana on mikroaaltolaminaattien korkea hinta. Halpaa FR4-piirilevyä ei voida käyttää normaalina painopiirilevy-nä antennirakenteissa mikroaaltotaajuuksilla suurien dielektristen häviöiden .*··. takia. Eräs ratkaisu ongelmaan on patentissa US 4,697,189 esitetty käännetty (invertoitu) FR4-piirilevyä käyttävä rakenne, jossa sähkökenttä etenee pääosin 30 ilmassa maatason ja invertoidulla FR4—piirilevyllä olevan siirtojohdon välissä. Tällaisella rakenteella voidaan toteuttaa pienihäviöinen ja halpa mikroaalto-·' antenni.

Tunnettuihin antennijärjestelyihin liittyy merkittäviä ongelmia, joista ; erityisesti voi mainita eri polarisaatiotyyppiä syöttävien siirtojohtojen kytkeyty- 35 misen eli siis sen, että vierekkäisten tai muutoin läheisten eri polarisaatiotyyp-piä syöttävien siirtojohtojen signaalit kytkeytyvät toisiinsa, mikä on erityisen ’ voimakasta siirtojohtojen ollessa lähellä toisiaan tai korkealla maatasosta. Kyt- 2 113589 keytyminen aiheuttaa antennille huonon ristipolarisaatiosuhteen käytettäessä kahta lineaarista polarisaatiota tai ympyräpolarisaatiota.

Keksinnön lyhyt selostus 5 Keksinnön tavoitteena on siten tuoda esiin parannettu mikroaalto- antennijärjestely, joka vähentää tunnettuihin ratkaisuihin liittyviä ongelmia ja haittoja.

Edellä mainitun päämäärän saavuttamiseksi keksinnön mukaiselle antennijärjestelylle on tunnusomaista, että säteilijät ja eri tyyppistä polarisaatio oita syöttävät siirtolinjat on sijoitettu vuorotellen siten, että säteilijöiden välissä on vain yhden tyyppisen polarisaation syöttämistä.

Keksintö perustuu siirtojohtojen ja säteilijöiden uudentyyppiseen keskinäiseen sijoittamiseen ja eri polarisaatiotasoja säteilijöille syöttävien siirtojohtojen uudenlaiseen keskinäiseen sijoitukseen. Säteilijöille syöttävät siir-15 tojohdot on aseteltu siten, että eri polarisaatiota syöttävät linjat ovat maksimaalisen kaukana toisistaan kuitenkin siten, että tilankäyttö on vähäinen. Tämä saavutetaan asettamalla yhtä polarisaatiota syöttävät syöttölinjat kuhunkin säteilijäelementtien väliin jäävään vapaaseen tilaan.

Keksinnöllä saavutetaan merkittäviä etuja, erityisesti se, että eri 20 polarisaatiotyyppiä syöttävien siirtojohtojen kytkeytyminen vähenee.

Keksinnön edullisilla toteutusmuodoilla voidaan vähentää ja lieven- tää eräitä muita ongelmia, joita tunnettuihin antennijärjestelyihin liittyy. Anten- : nille olisi tärkeää, että siirtojohtojen impedanssi olisi mahdollisimman matala, • · * ! koska korkealla impedanssitasolla siirtojohdon häviöt kasvavat osan sähkö- 25 kentästä noustessa häviölliseen substraattiin. Siirtojohdon impedanssi voidaan < · ··’ saadaan matalaksi leventämällä sitä, mutta leveä siirtojohto on epäkäytännöl- * · · * ' ' linen suuren tilavaatimuksensa takia. Lisäksi suurella impedanssitasolla on mahdollista, että siirtojohdot säteilevät. Lisäksi olisi tärkeää, että säteilijöinä toimivien substraatille muodostettujen johtavien patch-alueiden pitäisi olla riit-V 30 tävän kaukana maatasosta, jotta säteilijöiden kaistaleveys olisi halutulla tavalla suuri. Antennin kaistan leventämiseksi on julkaisuista US 5,444,453 ja US 6,121,929 tunnettua käyttää varsinaisen säteilijän yläpuolelle asennettuja apu-säteilijöitä, mutta ne monimutkaistavat antennin rakennetta ja siten tekevät antennista kookkaamman ja kalliimman. Siirtojohtojen impedanssin liialliseen 35 korkeuteen ja säteilijöiden kaistanleveyden kapeuteen liittyvät ongelmat vähenevät keksinnön eräällä edullisella toteutusmuodolla, jossa järjestely on sellainen, että antennijärjestelyn syöttölinjojen impedanssi saadaan matalaksi 3 113589 nostamalla maatasoa siirtolinjan kohdalta. Matalan siirtojohtoimpedanssin ansiosta syöttöjohdot eivät säteile eivätkä kytkeydy toisiinsa, jolloin saavutetaan hyvä ristipolarisaatiovaimennus tilanteessa, jossa antennia syötetään kahdella polarisaatiolla. Maataso jää säteilevien elementtien kohdalta alas eli kauem-5 maksi kuin siirtojohtojen kohdalla, ja näin säteilijöiden kaistaleveys säilyy suurena. Näin siis saavutetaan antennille suuri kaistaleveys, mutta jos kaistaleveyttä halutaan lisää voidaan apusäteilijät asentaa antennin suojana olevan radomin sisäpintaan. Apusäteilijät voivat tällöin olla erillisiä metallilevyjä, liimattavia metallitarroja, höyrystettyjä metallialueita tai muulla tavalla metalloi-lo tuja alueita.

Keksinnön eräillä muilla edullisilla toteutusmuodoilla voidaan edelleen vähentää ja lieventää eräitä muita ongelmia, joita tunnettuihin antennijär-jestelyihin liittyy. Julkaisujen US 4,697,189 ja US 5,444,453 mukaisissa ratkaisuissa lisäongelmaa aiheuttaa se, että antennijärjestelyn syöttämistä koaksi-15 aalisesti ei ole toteutettu tuotantokustannusten osalta kovinkaan hyvällä tavalla, koska tunnetuissa em. julkaisuissa esitetyissä ratkaisuissa antennijärjestelyn painopiirilevyyn joudutaan tekemään läpivientejä ja juotoksia. Kyseisten ongelmien poistamiseksi keksinnön edullisessa toteutusmuodossa anten-nijärjestely liitetään vastaanottimeen tai lähettimeltä antenniin erityisellä jousi-20 kuormitteisella liittimellä. Tällä järjestelyllä ylösalaisin käännettyyn (invertoituun) painopiirilevyyn ei tarvita yhtään läpivientiä eikä juotospistettä.

• · v.·* Näin saadaan erittäin yksinkertainen antennirakenne, joka on halpa ja jonka : antennirakenteen voi radiolaitteen valmistaja helposti koota tuotannossaan :·: ilman ulkopuolista antennitoimittajaa. Tämä järjestely on erityisen edullinen, 25 kun maatasona toimii mikroaaltoelektroniikan metallisen suojuksen tausta eli siis radiolaitteen suojuksen tausta.

*

Kuvioiden lyhyt selostus , Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen : ' 30 yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joissa kuvio 1A esittää tunnetun tekniikan mukaista patch-antennien :syöttötapaa päältäpäin. Antenni on toteutettu vähähäviöisellä, kalliilla mikro-....: aaltolaminaatilla kahta polarisaatiota käyttäen, kuvio 1B esittää kuvan 1A toteutusta sivultapäin, * » » 4 113589 kuvio 2 esittää ylösalaisin käännetyllä häviöllisellä, halvalla lami-naatilla toteutettua antennielementtien syöttötapaa sivultapäin. Rakenne on päältäpäin sama kuin kuvassa 1A, kuvio 3 esittää syöttölinjojen kohdalta nostetulla maatasolla varus-5 tettua ratkaisua sivultapäin. Rakenne on päältäpäin sama kuin kuvassa 1A, kuvio 4A esittää nostetulla maatasolla ja eriytetyillä syöttölinjoilla varustettua ratkaisua päältäpäin, kuvio 4B esittää nostetulla maatasolla ja eriytetyillä syöttölinjoilla varustettua ratkaisua sivultapäin, ίο kuvio 5 esittää sähkökentän jakautumaa kahdella lähekkäin olevalla johtimella, kun maatason ja siirtolinjojen välimatka on suuri, kuvio 6 esittää vastaavaa tapausta, kun maatasoa on nostettu siir-tolinjan alapuolelta, kuvio 7 esittää 2x3 elementtisen kahdella polarisaatiolla toimivan 15 antennin syöttötoteutusta keksinnön mukaisesti, kuvio 8 esittää toista tapaa syöttää 2x3 elementtistä antennia keksinnön mukaisesti, kuvio 9A esittää 4x4 elementtisen kahdella kallistetulla polarisaatiolla toimivan antennin syöttötoteutusta keksinnön mukaisesti, 20 kuvio 9B esittää vertikaalisella ja horisontaalisella polarisaatiolla toteutettua antennin syöttötoteutusta 7 elementtisellä antennilla, v.: kuvio 10A esittää halpaa jousikuormitteista antennin syöttöjärjeste- *, * · lyä päältäpäin, : ’ ·: kuvio 10B esittää kuvan 10A rakennetta sivulta, ’' *: 25 kuvio 11 esittää toista jousikuormitteista liityntätapaa, * * · kuvio 12 esittää keksinnön mukaisella integroidulla antennilla va-- ·. rustettua radiolaitetta, kuvio 13 esittää pieneen tilaan kutistetun antennin syöttöjärjestelyä.

< » 30 Keksinnön yksityiskohtainen selostus : ' Tarkastellaan aluksi lyhyesti tunnetun tekniikan mukaisia ratkaisuja kuvioiden 1A (antennijärjestely piirilevyn päältä) ja 1B (antennijärjestely piirilevyn sivulta) avulla. Antenni käsittää yhden tai useamman siirtolinjan 100 ja säteilijän 102, jotka on valmistettu piirilevyn substraatilla 104 olevalle metal-35 loinnille. Sähköä johtava maataso 106 on saman suuntainen säteilijän 102 ja siirtolinjojen 100 kanssa. Säteilijä 102 ja maataso 106 muodostavat resonaattorin, joka säteilee säteilijän 102 reunoista. Lähetettävä signaali tuodaan siirto- 5 113589 linjalla 100 säteilijän 102 siihen sivuun, josta säteilyn toivotaan irtoavan. Tällöin myös vastakkainen sivu säteilee. Kaksi eri polarisaatiota voidaan toteuttaa samalla elementillä syöttämällä signaalit sen erisuuntaisiin (90 asteen kulmassa oleviin) reunoihin. Koska mikroaaltolaminaatit ovat ohuita, voivat siirtolinjat 5 100 olla suhteellisen lähellä toisiaan ilman, että mikroaaltotehoa siirtyy linjasta toiseen. Tästä syystä antennilla saavutetaan suuri ristipolarisaatiovaimennus. Toisaalta, koska laminaatti on ohut, on antennin kaistaleveys erittäin kapea. Kaistaleveyden nostamiseksi on tunnettua käyttää apusäteilijöitä 108, jotka on korotettu varsinaisen säteilijän 102 yläpuolelle käyttämällä tukielementtiä 110. 10 Tukielementti voi olla muovia tai johtavaa metallia, mikäli se on asennettu säteilijän keskipisteeseen, missä sähkökenttä on nolla.

Kuviossa 2 on esitetty kuviota 1B vastaava toteutus invertoidulla häviöllisellä laminaatilla. Kuviota 2 vastaava rakenne on päältä samanlainen kuin kuvassa 1A. Tässä rakenteessa on laminaatti ylösalaisin, jolloin sähkö-15 kenttä etenee siirtojohdossa 200 pääosin ilmassa siirtojohdon ja maan välissä pienellä vaimennuksella. Säteilijöiden 202 ja maatason 206 välissä on niin suuri ilmaväli 208, että antennilla on luonnostaan suuri kaistaleveys ja siksi kuvassa 1B näkyviä apusäteilijöitä 108 ei tarvita. Rakenteen ongelmana on siirtojohtojen 200 voimakas kytkeytyminen toisiinsa, jolloin antennin ristipolari-20 saatiovaimennus on huono.

Viitaten kuvioon 4, keksinnössä on kyseessä mikroaaltoantennijär- • · ·'.·*.·' jestely, joka käsittää maatason 406, säteilijöitä 402a, 402b, 402c, ainakin yh- den siirtolinjan 400a ensimmäisen tyyppisen polarisaation syöttämiseksi sätei-:··· Iijoille 402a, 402b, ja ainakin yhden siirtolinjan 400b toisen tyyppisen polari- 25 säätiön syöttämiseksi yhdelle tai useammalle niistä säteilijöistä joille ensim-mäisen tyyppistä polarisaatiota syötetään. Siirtolinjat 400a, 400b ja säteilijät ,···. 402a, 402b, 402c ovat alustalle 404 eli antennipiirilevylie 404 muodostettuja mikroliuskoja.

. , Keksinnölle on olennaista, että säteilijät 402a, 402b ja eri tyyppistä I · 30 polarisaatioita syöttävät siirtolinjat 400a, 400b on sijoitettu vuorotellen siten, ;·’ että säteilijöiden 402a, 402b välissä on vain yhden tyyppisen polarisaation ": syöttämistä eli siirtolinja 400a. Vastaavasti säteilijöiden 402b, 402c välissä on ;· : vain yhden tyyppisen polarisaation syöttämistä eli siirtolinja 400b. Siirtolinjan samalle puolelle on kytketty useita säteilijöitä, esimerkiksi kolme säteilijää 35 4 02a, ja vastaavasti kolme säteilijää 402b, ja vastaavasti kolme säteilijää * · ' 402c, joten voidaan puhua säteilijäriveistä R1, R2, R3, joita siis esimerkissä on 6 113589 kolme, joissa kussakin esimerkiksi kolme säteilijää. Täten siirtojohtolinjat 400a, 400b on asetettu vuorotellen säteilijärivien R1, R2, R3 väliin. Säteilijöitä on siis säteilijäryhmissä R1, R2, R3 siten, että säteilijäryhmä käsittää useita säteilijöitä, ja että säteilijäryhmät ja eri polarisaatiotasoa syöttävät siirtolinjat ovat 5 vuorotellen siten, että säteilijäryhmien välissä on vain yhden tyyppisen polarisaation syöttämistä. Eli säteilijäryhmien R1 ja R2 välissä on siirtolinja 400a, ja säteilijäryhmien R2 ja R3 välissä on siirtolinja 400b. Kuvioiden 4A ja 4B esittämä rakenne voidaan ajatella olevan osa suurempaa antennikokonaisuutta. Kuvioissa 4A ja 4B säteilijöille 402b on kytketty kummankin tyypin siirtolinjat ίο 400a, 400b. Kuvioissa 7, 8, 9A ja 9B kaikille säteilijöille on kytketty kummankin tyypin siirtolinjat.

Eri polarisaatiota syöttävien siirtolinjojen 400a, 400b välille, ja vastaavasti 400b, 400c välille on siis saatu etäisyyttä, koska siirtolinjojen välissä on säteilijät. Koska siirtolinjat ja säteilijät ovat vuorotellen, niin samalla siirto-15 linjan etäisyys toisen siirtolinjan jälkeisiin säteilijöihin on kasvanut, mikä edelleen parantaa ristipolarisaatiovaimennusta. Tämä havaitaan vertailemalla kuviota 4A kuvioon 1A.

Edullisessa toteutusmuodossa maataso 406 käsittää siirtojohdon kohdalla ulkoneman 410, 412 sen aikaansaamiseksi, että maatason etäisyys 20 siirtojohdosta on lyhempi kuin maatason 406 etäisyys säteilijästä. Joten siirto-linjojen uudella sijoittelulla ja siirtojohdon kohdalla olevalla maatason ulkone-v.: maila 410, 412 saadaan lopputuloksena samanaikaisesti erittäin hyvä ristipola- : risaatiovaimennus ja suuri kaistaleveys ilman ylösnostettuja apusäteilijöitä.

Kuten kuvasta 4A ilmenee syötetään esim. säteilijöitä 402a samaan 25 suuntaan osoittaviin reunoihin aallonpituuden välein ja siirtolinjan toisella puo-lella syötetään säteilijöitä 402b em. suuntaan nähden vastakkaiseen suuntaan . · *. osoittaviin reunoihin puolen aallon välein ensin mainittuihin reunoihin nähden.

Siirtolinjaan, esim. siirtolinjaan 400a, on kytketty säteilijöitä 402a, 402b vuoro-, telien siirtolinjan molemmilta puolilta. Täten vältytään siltä, että siirtolinjan jol- ; ’ 30 lakin puolella pitäisi käyttää tarpeettoman pitkää siirtolinjahaaraa siirtolinjan ja esim. säteilijän 402b välillä, koska tarpeettoman pitkä siirtolinjahaara aiheuttai-si siirtolinjojen välisen kytkeytymisen haitallista voimistumista. Ongelma olisi ··; seurausta siitä, että siirtolinjahaara jouduttaisiin tekemään ylipitkäksi, jotta saataisiin aikaan em. asetus eli aallonpituuden puolikkaan ero. Sekä ensim- * » I;’ 35 mäisen tyypin polarisaatiota syöttävään yhteen tai useampaan siirtolinjaan 400a että toisen tyypin polarisaatiota syöttävään yhteen tai useampaan siirto- 7 113589 linjaan 400b on kytketty säteilijöitä 402a, 402b, vastaavasti 402b, 402c siirto-linjan 400a, vastaavasti 400b molemmilta puolilta.

Kuviossa 3 siirtojohtojen 300a, 300b sijoittelu on tehty tavanomaisella tavalla. Mutta myös kuviossa 3 on vähennetty siirtojohtojen kytkeytymistä 5 nostamalla kohoumalla 310, vastaavasti 312 maatasoa 306 siirtolinjojen 300a, 300b kohdalla lähemmäs siirtojohtolinjoja 300a, 300b, jolloin siirtojohtojen kytkeytyminen toisiinsa ja säteilijöihin 302 pienenee voimakkaasti. Syynä pienentyneeseen kytkentään on sähkökentän keskittyminen voimakkaasti kapeaan ilmarakoon 308 siirtojohdon 300 alla. Samalla siirtojohdon vaimennus pie-10 nenee, koska sähkökenttä ei nouse niin paljon häviöllisen laminaatin 304 sisään.

Maatason korotus eli ulkonema voidaan toteuttaa erillisellä korotus-kappaleella 310, tai valamalla tai jyrsimällä maatasoon ulkonema 410 tai muokkaamalla maatasoon kohouma 312,412. is Maatason 306, 406 käsittämä ulkonema siis eräässä edullisessa toteutusmuodossa on johtavaan levymäiseen maatasoon profiloitu ulkonema 312, 412 eli muokkaamalla maatasoon tehty kohouma 312, 412. Myös sellainen versio on mahdollinen, että maatason käsittämä ulkonema on ei-johtavaan levymäiseen tms. tasomaiseen maatasoalustaan profiloituun ulko-20 nemaan muodostettu johtava pinnoite, joka on osa maatasoalustan johtavaa pinnoitetta.

\v Valamista tai jyrsintää voidaan soveltaa siis siten, että maatason ·,· ; 306, 406 käsittämä ulkonema on johtavasta materiaalista valetussa tai jyrsi- •: · : tyssä maatasossa oleva valussa tai jyrsinnässä muodostettu ulkonema 310, 25 vastaavasti 410. Myös sellainen on mahdollista, että maatason 306, 406 kä-sittämä ulkonema 310, 410 on ei-johtavasta materiaalista valetussa tai jyrsi-. tyssä maatasoalustassa olevaan valussa tai jyrsinnässä muodostettuun ulko- nemaan muodostettu johtava pinnoite, joka on osa maatasoalustan johtavaa pinnoitetta.

;* 30 Kuviossa 5 on esitetty korkealla maatasosta olevan siirtojohdon » sähkökentän 514 ja 516 jakautuma. Sähkökenttä leviää laajalle alueelle ja vie-rekkäiset johtimet kytkeytyvät voimakkaasti toisiinsa joko parillisella 516 tai * parittomalla 514 aaltomuodolla. Lisäksi osa sähkökentästä nousee häviölli- seen substraattiin 504, mikä kasvattaa linjojen vaimennusta. Vaimennuksen 35 kasvu impedanssin kasvaessa ilmenee hyvin seuraavasta taulukosta, johon 8 113589 on laskettu siirtolinjan häviöitä eri impedansseilla käännetyllä siirtojohtoraken-teella. Laskut on suoritettu Agilent HFSS simulaattorilla.

Taulukko I. Ilmaeristeisen käännetyn mikroliuskan vaimennus eri impedansseilla. Laminaattina on 0,8 mm paksu FR4.

5

Impedanssi (W) Vaimennus (dB/200mm) 50 0,24 100 0,29 150 0,43 io 200 0,65

Korotetulla maatasolla varustettu versio on esitetty kuviossa 6. Siinä sähkökenttä 614 keskittyy voimakkaasti siirtojohtimen alapuolelle, jolloin haitallinen kytkeytyminen johtimien välillä pienenee ja lisäksi johtimien vaimennus 15 ei kasva koska sähkökenttä ei nouse häviölliseen substraattiin.

Kuviossa 7 on keksinnön mukaista syöttötapaa sovellettu 2 x 3 sä-teilijäryhmään. Kuvasta ilmenee selkeästi, että eri polarisaatioilla toimivat siir-tolinjat 700 ovat maksimaalisen kaukana toisistaan. Eri polarisaatiot syötetään siirtolinjoihin pisteistä 716 ja 718. Kuviossa 7 antennijärjestely käsittää siirto-20 linjat 700a-700d ja säteilijät 702a-702c. Siirtolinjat 700a ja 700c syöttävät samaa polarisaatiota. Siirtolinjat 700b ja 700d syöttävät eri polarisaatiota kuin siirtolinjat 700a ja 700c. Säteilijöille 702a-702c syötetään kumpaakin polari-: Y: saatiotyyppiä. Säteilijäryhmiä esittää merkinnät R1-R3 : Kuvassa 8 on esitetty toinen tapa syöttää 2x3 säteilijäryhmää kek- 25 sinnön mukaisesti. Syöttöpisteinä ovat pisteet 816 ja 818. Kuviossa 8 anten- ,·*·, nijärjestely käsittää siirtolinjat 800a-800c ja säteilijät 802a-802b. Siirtolinjat • · ,'' \ 800a ja 800c syöttävät samaa polarisaatiota. Siirtolinja 800b syöttää eri polari- • · , . säätiötä kuin siirtolinjat 800a, 800c. Säteilijöille syötetään kumpaakin polari- saatiotyyppiä. Säteilijäryhmiä esittää merkinnät R1 ja R2.

30 Kuviossa 9A on esimerkki 4x4 elementtisen antennin syöttöjärjes- telystä. Siinä syöttöpisteet siirtolinjoihin ovat kohdissa 916 ja 918. Kuviossa 9 » antennijärjestely käsittää siirtolinjat 900a-900e ja säteilijät 902a-902d. Siirto-*. linjat 900a, 900c ja 900e syöttävät säteilijöille samaa polarisaatiota, Siirtolinjat 900b ja 900d syöttävät eri polarisaatiota kuin siirtolinjat 900a, 900c ja 900e.

35 Säteilijöille 902a-902d syötetään kumpaakin polarisaatiotyyppiä. Säteilijäryh-v miä esittää merkinnät R1-R4

Kuvassa 9B on esimerkki 7-elementtisen säteilijäryhmän syötöstä horisontaalisella ja vertikaalisella polarisaatiolla. Myös siinä syöttöpisteet ovat 9 113589 kohdissa 916 ja 918. Kuviossa 9B antennijärjestely käsittää siirtolinjat 900a-900d ja säteilijät 902a-902c. Siirtolinjat 900a ja 900c syöttävät samaa polarisaatiota. Siirtolinjat 900b ja 900d syöttävät eri polarisaatiota kuin siirtolinjat 900a ja 900c. Säteilijöille 902a-902c syötetään kumpaakin polarisaatiotyyppiä.

5 Säteilijäryhmiä esittää merkinnät R1-R3

Edullisessa toteutusmuodossa kuviossa 10 ja 11 on esitetty kaksi tapaa, joilla vältytään tekemästä varsinaiseen alustaan eli antennipiirilevyyn reikiä ja juotoksia. Molemmissa toteutusmuodoissa on kyse siitä, että signaalin kytkemiseksi siirtolinjaan antennijärjestely käsittää jousivoimaisen pintakos-lo ketuksellisen kytkentäjärjestelyn.

Kuviossa 11 on kyse siitä, että jousivoimainen pintakosketuksellinen kytkentäjärjestely käsittää pintakosketuksella siirtolinjaan kytketyn jousivoimaisen kytkentäelimen 1124. Kuviossa 11 käytetään jousikuormitteista liitoskap-paletta 1124 alustan 1104 eli antennipainopiirilevyn 1104 ja mikroaaltoelektro-15 niikkakortin 1130 välissä. Liitoskappale on juotettu elektroniikkakortille eli signaalia syöttävälle alustalle 1130.

Kuviossa 10 on kyse siitä, että pintakosketuksellisen kytkentäjärjestelyn aikaansaamiseksi on alustaan 1004 muodostettu alustan lävistävä rako 1020, joka rajaa alustaan joustavan jousivoimaisen kielekkeen 1022, 20 jossa on johtava alue. Edullisessa toteutusmuodossa alusta, johon joustava kieleke 1022 on muodostettu, on se varsinainen alusta 1004 eli antennipiirile-v.: vy, jolle siirtolinjat ja säteilijät on muodostettu. Täten ratkaisu on sellainen, että ·,: · johtavan alueen käsittävä joustava kieleke on siirtolinjan alueella tai ainakin *: : johtavassa yhteydessä siirtolinjaan, ja että syöttävän liittimen 1026 käsittämä 25 kontaktielin 1024 painaa joustavaa kielekettä 1022 sen johtavalta alueelta, ja : että syöttävän liittimen toinen kontaktielin on kytketty maatasoon. Eli myös ku- •. viossa 10 on esitetty yksinkertainen ja halpa tapa syöttää koaksiaaliliittimeilä mikroaaltosignaali käännetyllä painopiirilevyllä toteutettuun antenniin. Siinä painopiirilevyyn 1004 on leikattu U-muotoinen rako 1020, jolloin muodostuu 30 joustava kieleke 1022. Koaksiaalikaapelin liitin 1026 asennetaan maatasoon » 1006 siten, että liittimen keskijohdin 1024 painaa kielekettä 1022 vasten voi-: maila, joka määräytyy kielekkeen pituudesta, painopiirin materiaalista ja kes- : kijohtimen pituudesta. Näin muodostuu yksinkertainen liitos, ilman että pai- nopiirilevylle tarvitaan läpivientejä tai juotoksia. Sekä keskijohdin 1024 että 35 johtimen 1000 pinnat ovat kontaktikohdasta pinnoitetut sopivalla materiaalilla kuten kullalla kontaktin hyvän, pitkäaikaisen johtokyvyn takaamiseksi. Koaksi- 10 113589 aalikaapeliliittimen sijasta voidaan käyttää maatason alapuolella olevalle mik-roaaltoelektroniikkakortille 1130 juotettua jäykkää liitostappia.

Kuviossa 12 on esitetty keksinnön mukainen kokoonpano radiolaitteeseen integroidusta antennista. Siinä käännetty antennipainopiirilevy 1204 5 on tuettu radiolaitteen maatasoon 1206 muovisilla kiinnityskappaleilla 1234 siten, että maatason ja painopiirilevyn väliin jää ilmarako 1208. Kaistaleveyden kasvattamiseksi on antennin radomiin 1232 lisätty apusäteilijät 1238. Mikro-aaltokomponentit 1236 on ladottu metallisen kotelon sisällä olevalle painopiiri-levylle 1230. Mikroaaltosignaali siirtyy painopiirilevyjen välillä jousikuormitetulla ίο koaksiaalisella liittimellä 1226. Maatasoa on nostettu antennin syöttöjohtimien kohdalta. Tämä on erityisen helppo toteuttaa, kun maatasona toimii valamalla tehty kotelon 1206 tausta.

Kuvioista 7, 8, 9A ja 9B havaitaan se, että edullisessa toteutusmuodossa siirtolinjat tulevat vuorotellen eri suunnista, edullisesti nimenomaan vas-15 takkaisista suunnista, säteilijöiden viereen ja/tai väliin. Eli esimerkiksi kuviossa 9A siirtolinja 900a tulee kuvassa vasemmalta säteilijöiden 902a viereen, ja eri polarisaatiota syötävä siirtolinja 900b tulee oikealta säteilijöiden 900a, 900b väliin, ja siirtolinjan 900a kanssa samaa polarisaatiota syöttävä siirtolinja 900c tulee vasemmalta säteilijöiden 900b, 900c väliin ja niin edelleen. Täten saa-20 daan tehokas tilankäyttö ja hyvät tekniset ominaisuudet antennille. Syöttöpis-teetkin 916, 918 ovat täten vastakkaisilla reunoilla.

t t \v Kuviossa 13 on esitettynä pieneen tilaan kutistetun antennin syöttö-

• I

:, * | järjestely. Siinä syöttölinja 1300 on tehty zigzag-muotoon tai muuhun mutkitte- *:·’! levään muotoon, jotta puolen aallon pituus on saatu lyhyempään tilaan. Vas- 25 taava kutistaminen voidaan toteuttaa myös asettamalla siirtojohdon alle di-

t t I

..,.: elektristä pienihäviöistä ainetta linjan efektiivisen pituuden kasvattamiseksi.

, > -, Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksin- 1 i non perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdel- ,; ‘ 30 la patenttivaatimusten puitteissa.

t * * » » » >

Claims (16)

113589

1. Mikroaaltoantennijärjestely, joka käsittää maatason (406), säteilijöitä (402a, 402b), ainakin yhden siirtolinjan (400a) ensimmäisen tyyppisen po- 5 larisaation syöttämiseksi säteilijöille, ainakin yhden siirtolinjan (400b) toisen tyyppisen polarisaation syöttämiseksi yhdelle tai useammalle niistä säteilijöistä, joille ensimmäisen tyyppistä polarisaatiota syötetään, tunnettu siitä, että säteilijät (402a, 402b) ja eri tyyppistä polarisaatioita syöttävät siirtolinjat (400a, 400b) on sijoitettu vuorotellen siten, että säteilijöiden välissä on vain ίο yhden tyyppisen polarisaation syöttämistä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että säteilijöitä on säteilijäryhmissä siten, että säteilijäryhmä käsittää useita säteilijöitä, ja että säteilijäryhmät ja eri polarisaatiotasoa syöttävät siirtolinjat ovat vuorotellen siten, että säteilijäryhmien välissä on vain yhden tyyppisen polari- ls säätiön syöttämistä.

3. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-2 mukainen antennijär-jestely, tunnettu siitä, että siirtolinjat ja säteilijät ovat alustalle muodostettuja mikroliuskoja.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen antennijärjestely, tunnettu 20 siitä, että siirtolinjaan on kytketty säteilijöitä vuorotellen siirtolinjan molemmilta puolilta. ; Y: 5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-4 mukainen antennijär jestely, tunnettu siitä, että siirtolinjan ensimmäisellä puolella olevan säteili- I I . ; jän kytkentäsivu siirtolinjaan on yhdensuuntainen mutta vastakkaiseen suun- , ··, 25 taan osoittava kuin siirtolinjan toisella puolella olevan samaan siirtolinjaan kyt- , ‘ ; ketyn säteilijän kytkentäsivu. • ·

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-5 mukainen antennijär-jestely, tunnettu siitä, että maataso käsittää siirtojohdon kohdalla ulkone-man sen aikaansaamiseksi, että maatason etäisyys siirtojohdosta on lyhempi ; ’.; 30 kuin maatason etäisyys säteilijöistä.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen antennijärjestely, tunnettu siitä, että maatason käsittämä ulkonema on johtavasta materiaalista valetussa ,,: maatasossa oleva valussa muodostettu ulkonema.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen antennijärjestely, tunnettu .: 35 siitä, että maatason käsittämä ulkonema on ei-johtavasta materiaalista vale- tussa maatasoalustassa olevaan valussa muodostettuun ulkonemaan muodostettu johtava pinnoite, joka on osa maatasoalustan johtavaa pinnoitetta. 113589

9. Patenttivaatimuksen 6 mukainen antennijärjestely, tunnettu siitä, että maatason käsittämä ulkonema on johtavaan levymäiseen maatasoon profiloitu ulkonema.

10. Patenttivaatimuksen 6 mukainen antennijärjestely, tunnettu 5 siitä, että maatason käsittämä ulkonema on ei-johtavaan levymäiseen maata- soalustaan profiloituun ulkonemaan muodostettu johtava pinnoite, joka on osa maatasoalustan johtavaa pinnoitetta.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että antennijärjestely on integroitu radiolaitteen yhteyteen, ja että maatasona ίο käytetään radiolaitteen maatasoa.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen antennijärjestely, tunnettu siitä, että signaalin kytkemiseksi siirtolinjaan antennijärjestely käsittää jousivoimaisen pintakosketuksellisen kytkentäjärjestelyn.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen antennijärjestely, tunnet-15 t u siitä, että jousivoimainen pintakosketuksellinen kytkentäjärjestely käsittää pintakosketuksella siirtolinjaan kytketyn jousivoimaisen kytkentäelimen.

14. Patenttivaatimuksen 12 mukainen antennijärjestely, tunnet-t u siitä, että antennijärjestely käsittää alustan, ja että jousivoimaisen pintakosketuksellisen kytkentäjärjestelyn aikaansaamiseksi on alustaan muodostettu 20 alustan lävistävä rako joka rajaa alustaan joustavan jousivoimaisen kielekkeen jossa on johtava alue (1022).

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen antennijärjestely, tunnet-t u siitä, että alusta, johon joustava kieleke (1022) on muodostettu, on se var- • · sinainen alusta jolle siirtolinjat ja säteilijät on muodostettu, ja että johtavan alu- •. 25 een käsittävä joustava kieleke on siirtolinjan alueella tai johtavassa yhteydes- sä siirtolinjaan, ja että syöttävän liittimen käsittämä (1026) kontaktielin (1024) . .t painaa joustavaa kielekettä (1022) sen johtavalta alueelta, ja että syöttävän liittimen toinen kontaktielin on kytketty maatasoon.

16. Patenttivaatimuksen 1 tai 4 mukainen antennijärjestely, t u n - ‘ ·’ 30 n e 11 u siitä, että sekä ensimmäisen tyypin polarisaatiota syöttävään yhteen tai useampaan siirtolinjaan että toisen tyypin polarisaatiota syöttävään yhteen *' ‘. tai useampaan siirtolinjaan on kytketty säteilijöitä siirtolinjan molemmilta puo- liitä. 113589