FI120522B - Uudenlainen antennirakenne ja menetelmä sen valmistamiseksi - Google Patents

Description

Uudenlainen antennirakenne ja menetelmä sen valmistamiseksi En ny antennstruktur och en metod för dess tillverkning 5 Keksintö koskee yleisesti radiolaitteiden antennirakenteita. Erityisesti keksintö koskee antennirakenteen tekemistä sellaiseksi, että antennilla on laaja kaistanleveys ja se on helposti sovitettavissa haluttuun syöttöimpedanssiin.

Pienikokoisten radiolaitteiden antennirakenteille asetetaan vaatimuksia, jotka ai-10 heuttavat usein keskinäisiä ristiriitoja. Antennin tulisi olla pienikokoinen ja tehokas (antennin tehokkuus lähetettäessä määritellään säteillyn tehon suhteena antenniin syötettyyn tehoon). Sillä tulisi olla laaja kaistanleveys, joka kattaa hyvin koko käytettävän taajuusalueen, ja lisäksi antennin tulisi olla helposti sovitettavissa radiolaitteen antenniportin impedanssiin. Edelleen antennin tulisi olla rakenteeltaan tu-15 keva ja helposti valmistettavissa. Hyvin suuri osuus yksittäisen antennin valmistamiseen käytettävästä ajasta sarjatuotannossa kuluu juotosten vaatimiin lämmitys-ja jäähdytysvaiheisiin, joten mahdollisimman pieni tarve juotoksille olisi valmistus-teknisesti edullista.

20 Eräs antennityyppi, jolla on pienestä koosta huolimatta varsin edulliset kaistanle-veysominaisuudet, on taittodipoli (engl. folded dipole). Taittodipoliperiaatteen eräitä viimeaikaisia muunnelmia tunnetaan esimerkiksi viitejulkaisuista US 5,293,176 ja US 5,796,372. Taittodipolin hankaluutena on kuitenkin sen luontaisen syöttöim-pedanssin asettuminen noin 300 ohmin tuntumaan, kun useimmat radiolaitteet 25 suunnitellaan 50 ohmin tai 75 ohmin antenni-impedansseja silmälläpitäen. Taittodipolin kytkeminen tällaisen radiolaitteen antenniksi vaatii balunin tai muun sovi-tuspiirin, mikä aiheuttaa lisäkustannuksia valmistuksessa ja yleensä pienentää käytettävissä olevaa kaistanleveyttä.

30 Eräs pienikokoinen antennityyppi tunnetaan myös viitejulkaisusta US 2004/0222937 A1. Sen etuna esitetään erityisesti laaja kaistanleveys. Antennin säteilevä osa on kuitenkin monimutkainen eikä sen lukuisia haaroja ole tuettu mekaanisesti kovinkaan hyvin.

35 Esillä olevan keksinnön tavoitteena on esittää radiolaitteen pienikokoinen antenni-rakenne, jolla on laaja kaistanleveys ja joka on helposti sovitettavissa haluttuun syöttöimpedanssiin. Keksinnön tavoitteena on myös esittää kyseisen antennirakenteen valmistusmenetelmä, joka on nopea ja valmistusteknisesti edullinen. Li- ? 2 säksi keksinnön tavoitteena on esittää antennirakenne ja sen valmistusmenetelmä, joiden ansiosta antennilla on hyvä tehokkuus laajalla taajuusalueella.

Keksinnön tavoitteet saavutetaan muodostamalla taittodipolityyppinen anten-5 nisäteilijä levymäisen tukirakenteen pinnoille ja kiinnittämällä näin saatu osa syöt-tötorniin, jonka yksi haara toimii siirtolinjana.

Keksinnön mukaisessa antennissa on antennielementti ja syöttötorni syötön muodostamiseksi antennielementtiin. Antennille on tunnusomaista, että 10 -antennissa on dielektrinen tukilevy, joka on mekaanisesti kiinnitetty syöttötornin ensimmäiseen päähän, -antennielementti on muodoltaan taittodipoli ja muodostuu toisiinsa kytketyistä metalliliuskoista dielektrisen tukilevyn ainakin kahdella pinnalla ja - syöttötorni kytkeytyy mainitussa ensimmäisessä päässä sähköisesti antenniele-15 mentin kahteen eri kohtaan.

Keksintö kohdistuu myös antennirakenteen valmistusmenetelmään, jolle on tunnusomaista, että siinä muodostetaan taittodipolin muotoinen antennielementti toisiinsa kytketyistä metalliliuskoista dielektrisen tukilevyn ainakin kahdella pinnalla ja 20 kiinnitetään dielektrinen tukilevy mekaanisesti syöttötornin ensimmäiseen päähän siten, että syöttötorni kytkeytyy mainitussa ensimmäisessä päässä sähköisesti ensimmäisen antennielementin kahteen eri kohtaan.

Keksinnön mukaisessa antennirakenteessa on ainakin yksi taittodipolityyppinen 25 antennisäteilijä, joka koostuu dielektrisen tukilevyn pinnalla olevista metalliliuskoista sekä mahdollisesti niitä yhdistävistä läpivienneistä. Lisäksi rakenteessa on syöttötorni, joka kiinnittyy dielektriseen tukilevyyn edullisimmin ilman juotosta, esimerkiksi ruuveilla tai muilla mekaanisilla kiinnityselimillä. Syöttötornin pääasiallinen suunta eli pituusakselin suunta on oleellisesti kohtisuorassa dielektriseen tukile-30 vyyn nähden. Sanallisen kuvaamisen helpottamiseksi syöttötornin sitä päätä, johon dielektrinen tukilevy kiinnittyy, voidaan nimittää yläpääksi. Vastakkainen pää on vastaavasti alapää.

Syöttötornissa on sen pituusakselin suuntaisia, alapäästä kohti yläpäätä suuntau-35 tuvia sähköä johtavia haaroja. Taittodipolin kaksi syöttöpistettä sijaitsevat syöttö-tornin kahden haaran yläpäässä. Ensimmäisen haaran yläpää muodostaa yhden syöttöpisteen. Syöttöjohdin, jonka tietty osuus muodostaa ensimmäisen haaran 3 kanssa siirtolinjan, taittuu syöttötornin yläosassa kohti toisen haaran yläpäätä, jossa se muodostaa toisen syöttöpisteen.

Antennirakenteessa voi olla useita säteileviä antennielementtejä. Eräässä edulli-5 sessa suoritusmuodossa on kaksi, dielektriseen tukilevyyn ristikkäin sijoitettua tait-todipolia. Syöttötornissa on tällöin vastaavasti neljä haaraa, kaksi kutakin taittodi-polia kohti. Kahta ristikkäin sijoitettua taittodipolia voidaan hyödyntää keskenään ortogonaalisten polarisaatioiden aikaansaamiseksi.

10 Seuraavassa selostetaan keksintöä yksityiskohtaisemmin viitaten esimerkkinä esitettyihin edullisiin suoritusmuotoihin ja oheisiin kuviin, joissa kuva 1 esittää tunnettua taittodipoliantennin periaatetta, kuva 2 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista antennirakennetta, 15 kuva 3 esittää kuvan 2 antennirakenteen sähköistä toimintaa, kuva 4 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista antennirakennetta, kuva 5 esittää samaa antennirakennetta kuin kuva 4, kuvat 6a ja 6b esittävät eräitä syöttöjohtimen muotovaihtoehtoja, kuvat 7a-7c esittävät eräitä dielektrisen tukilevyn alapinnan metallointivaihtoehtoja, 20 kuvat 8a ja 8b esittävät eräitä dielektrisen tukilevyn metallointivaihtoehtoja, kuvat 9a-9c esittävät eräitä dielektrisen tukilevyn yläpinnan metallointivaihtoehtoja, kuvat 10a ja 10b esittävät eräitä syöttötornin muotovaihtoehtoja, kuvat 11 a-11 e esittävät eräitä syöttöjohtimen sivuprofiilivaihtoehtoja, kuvat 12a-12d esittävät eräitä syöttöjohdinten yläosan muotovaihtoehtoja, 25 kuvat 13a-13c esittävät eräitä vaihtoehtoja kiinnityspisteiden sijoittamiseksi ja kuva 14 esittää erästä vaihtoehtoista syöttötornia.

Kuvissa käytetään toisiaan vastaavista osista samoja viitenumerolta. Keksinnön esimerkinomaiset suoritusmuodot, jotka selostetaan tässä patenttihakemuksessa, 30 eivät rajoita jäljempänä esitettyjen patenttivaatimusten kattavuutta. Epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa esitetyt piirteet ovat keskenään vapaasti yhdistettävissä, ellei tässä selostuksessa kirjaimellisesti toisin mainita. Verbiä ’’käsittää” (engl. to comprise) ja sen johdannaisia on tässä selostuksessa käytetty avoimina määreinä eli ne eivät sulje pois sitä, etteikö kuvatussa kohteessa olisi muitakin piirteitä kuin 35 ne, jotka selostus kirjaimellisesti mainitsee.

Kuva 1 esittää sinänsä tunnettua taittodipolin periaatetta. Säteilevä antenniele-mentti koostuu ylemmästä johtimesta 101 ja alemmasta johtimesta 102, jotka on 4 päistään liitetty toisiinsa. Alempi johdin 102 on keskeltä poikki, jolloin muodostuu kahdesta syöttöpisteestä koostuva balansoitu syöttö 103. Vaihtoehtoja ovat tämän balansoidun syötön kytkeminen balansoidun siirtolinjan välityksellä radiolaitteen balansoituun antenniporttiin (ei esitetty kuvassa) tai kuvan 1 mukainen impedans-5 simuuntajan 104 käyttö, jolla taittodipolin balansoitu syöttö 103 muunnetaan ba-lansoimattomaksi 105, joka kytketään balansoimattomaan siirtolinjaan (esim. koaksiaalikaapeliin) 106.

Kuva 2 on keksinnön erään yksinkertaisen suoritusmuodon halkileikkaus. Antenni-10 rakenteen kaksi pääosaa ovat antennilevy 201 ja syöttötorni 202. Antennilevyssä 201 on dielektrinen tukilevy 211 ja sen pinnalle johtavista alueista muodostettu an-tennisäteilijä 212. Kuvan 2 suoritusmuodossa antennisäteilijä 212 on nauhamainen johtava alue, joka jatkuu suorana dielektrisen tukilevyn 211 yhden pinnan (kuvassa ylöspäin osoittavan pinnan) yli ja kiertyy kummassakin päässä dielektrisen 15 tukilevyn 211 reunojen ympäri sen toiselle pinnalle (alapinnalle). Suuntaa ilmaisevat sanat kuten ’’ylös” ja ’’alas” viittaavat tässä selostuksessa vain oheisiin kuviin eivätkä ne rajoita keksinnön mukaisen antennirakenteen valmistusta tai käyttöä missään tietyssä asennossa.

20 Syöttötornissa 202 on sen pituusakselin 203 suuntaiset ensimmäinen haara 221 ja toinen haara 222 sekä haarojen alapäitä yhdistävä pohja 223. Ensimmäinen haara 221 on ontto, eli sen sisällä koko ensimmäisen haaran 221 läpi ylhäältä alas kulkee pitkänomainen ontelo 224. Ensimmäisen haaran 221 yläpään seinämässä on kolo 225 sillä puolella, joka on toiseen haaraan 222 päin. Syöttöjohdin 226 on pit-25 känomainen johdin, joka kulkee ensimmäisen haaran 221 sisällä olevassa ontelossa 224, taipuu ensimmäisen haaran 221 yläosassa ulos kolosta 225 ja ulottuu tästä toisen haaran 222 yläpäähän asti, jossa syöttöjohtimen 226 pää jää toisen haaran 222 yläpään ja antennisäteilijän 212 oikeanpuoleisen pään väliin. Ensimmäisen haaran 221 yläpää koskettaa antennisäteilijän 212 vasenta päätä. Antenni-30 rakenne on tarkoitettu kytkettäväksi radiolaitteen antenniporttiin (ei esitetty kuvassa) balansoimattomalla siirtolinjalla, jonka signaalijohdin (esim. koaksiaalikaapelin keskijohdin) kytketään syöttöjohtimen 226 alapäähän ja maajohdin (koaksiaalikaapelin vaippa) kytketään syöttötornin juureen ensimmäisen haaran 221 alapään kohdalla.

35

Kuva 3 on yksinkertainen sähköinen malli kuvan 2 esittämän antennirakenteen toiminnasta. Kuvassa 3 kohta 301 vastaa kuvan 2 antennirakenteen syöttöä eli sitä kohtaa, jossa syöttöjohtimen 226 alapää tulee ulos onton ensimmäisen haaran 5 221 alapäästä. Impedanssi 321 kuvaa ensimmäisen haaran 221 muodostamaa impedanssia edellä mainitun syötön ja sen kohdan välillä, jossa ensimmäisen haaran 221 yläpää koskettaa antennisäteilijän 212 vasenta päätä. Impedanssi 326 kuvaa syöttöjohtimen 226 impedanssia syötön ja sen kohdan välillä, jossa syöttöjoh-5 timen 226 yläpää koskettaa antennisäteilijän 212 oikeanpuoleista päätä. Impedanssi 322 kuvaa impedanssia, joka muodostuu syötön ja sen kohdan välille, jossa syöttötornin toisen haaran 222 yläpää koskettaa - väliin jäävän syöttöjohtimen yläpään välityksellä - antennisäteilijän 212 oikeaa päätä. Impedanssissa 322 ovat mukana sekä toisen haaran 222 että syöttötornin pohjan 223 vaikutukset.

10

Kun syöttötornin mitoitus on sopiva, impedanssit 321, 322 ja 326 muodostavat yhdessä sovituselimen, joka sovittaa taittodipolille luonteenomaisen noin 300 ohmin syöttöimpedanssin huomattavasti alempaan arvoon, joka on välillä 35-120 ohmia, esimerkiksi 100, 85, 75 tai 50 ohmia. Antennirakenteen syöttö (eli kohta, jossa 15 syöttöjohtimen 226 alapää tulee ulos onton ensimmäisen haaran 221 alapäästä) voidaan kytkeä balansoimattomalla siirtolinjalla tavanomaisen radiolaitteen anten-niporttiin. Koska satojen megahertsien tai muutaman gigahertsin taajuinen radiosignaali kulkee läpikotaisin johtavassakin kappaleessa vain pintaa pitkin, impedanssien 321 ja 322 kannalta merkitystä on lähinnä syöttötornin 202 pintamateri-20 aalin johtavuudella sekä syöttötornin korkeudella, joka on merkitty kuvassa 2 kirjaimella h. Syöttötornin korkeuden h tulisi olla oleellisesti aallonpituuden neljänneksen suuruusluokkaa käytettävällä radiotaajuudella. Syöttötornin materiaali voi olla esimerkiksi yhtenäistä metallia, toisella metallilla pinnoitettua metallia tai me-tallipinnoitteista muovia. Keksintö ei rajoita syöttötornin materiaalin valintaa tai pin-25 takäsitteiyä, kunhan sen pinnan johtavuus saadaan sopivaksi.

Kuva 4 on räjäytyskuva keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesta antennira-kenteesta. Saman antennin halkileikkaus on esitetty kuvassa 5. Tässä antennira-kenteessa on kaksi ristikkäin sijoitettua, taittodipolin muotoista antennisäteilijää ja 30 kummallekin oma syöttöjohdin. Syöttötornissa 402 on neljä oleellisesti yhdensuuntaista haaraa, joista haarat 422 ja 432 ovat syöttöjohtimen litteän yläpään paksuuden verran lyhyempiä kuin haarat 421 ja 431. Syöttöjohtimet 426 ja 436 asetetaan haarojen 421 ja 431 läpi vastaavasti kulkeviin pystysuuntaisiin onteloihin niin, että kummankin syöttöjohtimen yläosassa oleva oleellisesti vaakasuora osuus pistää 35 esiin kyseisen haaran yläosassa olevasta kolosta. Toisessa syöttöjohtimessa (tässä syöttöjohdin 436) mainittu oleellisesti vaakasuora osuus on keskeltä hiukan mutkalla alaspäin niin, että syöttöjohtimet mahtuvat menemään ristikkäin koskematta toisiinsa.

6

Dielektrinen tukilevy 411 kiinnitetään ruuveilla 404 syöttötornin 402 yläpäähän. Ensimmäinen taittodipolin muotoinen antennisäteilijä muodostuu dielektrisen tuki-levyn 411 yläpinnalla olevista metalliliuskoista 413 ja 414, niitä yhdistävästä silta-5 kappaleesta 415, dielektrisen tukilevyn 411 alapinnalla olevista metalliliuskoista 416 ja 417 sekä metalloiduista läpivienneistä 418, jotka yhdistävät dielektrisen tukilevyn 411 yläpinnalla ja alapinnalla olevien metalliliuskojen uloimmat päät toisiinsa. Toinen, edellisen kanssa ristikkäin sijoittuva taittodipolin muotoinen antennisäteilijä muodostuu dielektrisen tukilevyn 411 yläpinnalla olevasta metalliliuskas-10 ta 443, dieletrisen tukilevyn 411 alapinnalla olevista metalliliuskoista, joista valitun graafisen esitystavan vuoksi näkyy vain yksi metalliliuska 444 kuvassa 5, sekä metalloiduista läpivienneistä 448, jotka yhdistävät dielektrisen tukilevyn 411 yläpinnalla ja alapinnalla olevien metalliliuskojen uloimmat päät toisiinsa. Taittodipolin muotoiset antennisäteilijät ovat keskenään samanlaiset lukuunottamatta sitä, että 15 toinen niistä jatkuu yhtämittaisena metalliliuskana 443 dielektrisen tukilevyn 411 yläpinnan poikki, kun toinen ylittää ko. yhtämittaisen metalliliuskan siltakappaleen 415 avulla.

Syöttötornin 402 pohjaosan keskellä näkyy kiinnitysreikä 405, jonka avulla syöttö-20 torni voidaan helposti kiinnittää haluttuun alustaan. Kuvissa 4 ja 5 esitetyt ruuvit ovat vain eräs esimerkki dielektrisen tukilevyn 411 ja syöttötornin 402 kiinnittämiseksi toisiinsa. Niiden asemesta tai lisäksi olisi mahdollista käyttää esimerkiksi niittejä, pop-niittejä, tyssättäviä tappeja, liimaa, nauloja tai muita alan ammattimiehen tuntemia mekaanisia kiinnitystapoja. Syöttötornin haarojen 422 ja 432 läpi ei kulje 25 syöttöjohdinta, joten niiden ei tarvitsisi olla onttoja. Tekemällä ne siitä huolimatta ontoiksi kuten kuvien 4 ja 5 esittämässä suoritusmuodossa voidaan säästää valmistusmateriaalia. Lisäksi valmistustekniikan kannalta voi olla yksinkertaisinta, että syöttötornissa on vain yhdenlaisia (onttoja) haaroja.

30 Syöttöjohtimen muotoilulla on mahdollista vaikuttaa antennirakenteen syöttöimpe-danssiin. Kuvissa 6a ja 6b on esitetty kaksi esimerkinomaista syöttöjohdinta, joista kuvan 6a syöttöjohdin tuottaa 75 ohmin syöttöimpedanssin ja kuvan 6b syöttöjoh-din 50 ohmin syöttöimpedanssin. Näillä kahdella syöttöjohtimella on erona vain se, että kuvan 6b syöttöjohtimen alapäässä on kaksi portaittaista levennystä 601 ja 35 602. Syöttöjohtimet on näissä kuvissa esitetty poikkileikkaukseltaan neliön tai suo rakulmion muotoisia, mutta ne voisivat olla poikkileikkaukseltaan myös esimerkiksi pyöreitä tai kolmikulmaisia.

7

Kuvissa 7a, 7b ja 7c on esitetty kolme esimerkkiä dielektrisen tukilevyn alapinnan metalloinneista. Kuvien 7a ja 7b erona on lähinnä metalliliuskojen erilainen leveys. Kuvassa 7a metalliliuskat 716 ja 717 kuuluvat ensimmäiseen taittodipolin muotoiseen antennisäteilijään ja vastaavat siis metalliliuskoja 416 ja 417 kuvassa 5. Me-5 talliliuskat 744 ja 745 kuuluvat toiseen taittodipolin muotoiseen antennisäteilijään. Kaksi pientä reikää levyn keskellä, metalliliuskojen 716 ja 717 välillä, ovat kiinni-tysreikiä dielektrisen tukilevyn yläpinnalle tulevaa siltakappaletta varten. Kunkin metalliliuskan 716, 717, 744 ja 745 uloimmassa päässä oleva reikä on metalloitu läpivienti, joka yhdistää kyseisen metalliliuskan uloimman pään vastaavan, dielekt-10 risen tukilevyn yläpinnalla olevan metalliliuskan uloimpaan päähän.

Kaksi ristikkäistä taittodipolia on mahdollista valmistaa myös ilman siltakappaletta tuomalla risteyskohdassa toinen taittodipoli metalloitujen läpivientien avulla dielektrisen tukilevyn alapinnalle. Kuva 7c esittää erästä vaihtoehtoa dielektrisen tukile-15 vyn alapinnan metalloinneiksi tällaisessa tapauksessa. Levyn keskellä oleva lyhyt metalliliuska 719 kuuluu samaan taittodipoliin kuin metalliliuskat 716’ ja 717’. Se on metalloitujen läpivientien kautta yhteydessä dielektrisen tukilevyn yläpinnalla olevien kahden metalliliuskan sisempään päähän ja yhdistää ne siis vastaavasti kuin siltakappale 415 kuvissa 4 ja 5, mutta vain dielektrisen tukilevyn toisella puo-20 lella.

Kuvat 8a ja 8b ovat halkileikkauksia, joissa näkyy dielektrinen tukilevy 411 ja jotka havainnollistavat kahta esimerkinomaista tapaa ylä- ja alapinnan metalliliuskojen mitoittamiseksi. Kuva 8a vastaa suoraan kuvassa 5 esitettyä mitoitusta: dielektri-25 sen tukilevyn 411 alapinnalla olevat metalliliuskat 416 ja 417 jatkuvat ulommassa päässään pitemmälle kuin vastaavat metalliliuskat 413 ja 414 dielektrisen tukilevyn yläpinnalla. Kuvassa 8b liuskat ulottuvat yhtä pitkälle sekä yläpinnalla että alapin-: nalla. Kuvassa 8b on myös esitetty samanlainen, ilman siltakappaletta toteutettu taittodipoli, johon viitattiin edellä kuvan 7c yhteydessä. Taittodipoli koostuu metalli-. 30 liuskoista 413’, 414’, 416’, 417’ ja 719 sekä metalloiduista läpivienneistä 418 ja ; 818.

Kuvissa 9a, 9b ja 9c esitetään erilaisia vaihtoehtoja metalloitujen läpivientien ja kiinnitysreikien sijoittamiseksi dielektrisessä tukilevyssä. Kuvassa 9a kussakin me-35 talloitua läpivientiä edellyttävässä kohdassa on yksittäinen metalloitu läpivienti. Kiinnitysreiät sijaitsevat symmetrisesti, jolloin kyseessä on kiinnitysreikien suhteen samanlainen ratkaisu kuin kuvassa 4 edellä. Kuvassa 9b kussakin metalloitua läpivientiä edellyttävässä kohdassa on kolme metalloitua läpivientiä rinnakkain.

8

Kiinnitysreikien sijoittelussa on käytetty hyväksi tietoa siitä, että syöttötornin kahdessa haarassa ei kulje syöttöjohdinta sisällä, jolloin - jos nämä haarat ovat kuitenkin onttoja - itse haaran onttoa yläpäätä voi käyttää kiinnitysreikänä. Tästä syystä reiät 901 ja 902 ovat kuvassa 9b lähempänä dielektrisen tukilevyn keskus-5 taa kuin kaksi muuta kiinnitysreikää. Kuvassa 9c metalloitujen läpivientien lukumäärä on erilainen eri kohdissa ja kiinnitysreiät eivät sijaitse dielektrisen tukilevyn yläpinnalla sijaitsevien metalliliuskojen keskiviivalla. Tämä luonnollisesti edellyttää, että myös syöttötornissa (ei esitetty) olevat kiinnitysreiät on sijoitettu samalla tavalla ei-keskeisesti.

10

Kuvat 10a ja 10b esittävät eräitä syöttötornin rakenteen vaihtoehtoisia toteutuksia. Kuvan 10a syöttötornissa vain ne haarat ovat onttoja, joiden sisällä kulkee syöttö-johdin. Kuvan 10b suoritusmuodossa kiinnitysreiät eivät sijaitse syöttötornin haarojen yläpään ulokkeissa vaan syöttötornin haarat ovat koko pituudeltaan sen verran 15 paksuja, että niihin voidaan sijoittaa sekä syöttöjohdinten edellyttämät pitkänomaiset ontelot että kiinnitysreiät.

Kuvat 11a, 11b, 11c, 11 d ja 11e esittävät eräitä esimerkinomaisia syöttöjohdinten sivu profiileja. Kuvan 11a syöttöjohtimessa on edellä esitetyistä viistosti nousevista 20 osuuksista poiketen porrasmainen mutka 1101. Kuvat 11b ja 11c osoittavat, että keksinnön kannalta ei ole oleellista, kuinka etäällä syöttötornin yläpäästä syöttö-johtimen vaakasuora osuus sijaitsee. Tämä kuten muutkin syöttöjohtimen mitoituksen osatekijät vaikuttavat antennirakenteen syöttöimpedanssiin, joten parhaat mitoitusarvot eri tilanteisiin on mahdollista löytää kokeilemalla ja/tai simuloimalla. 25 Kuvien 11b ja 11c mukaisia syöttöjohtimia, joissa vaakasuora osuus on eri korkeudella, voidaan käyttää samassa rakenteessa ristikkäisinä syöttöjohtimina, jolloin kummankaan syöttöjohtimen vaakasuoraan osuuteen ei tarvitse tehdä mutkaa. Kuvassa 11d syöttöjohtimen vaakasuorassa osuudessa on vain pieni, paikallinen mutka 1102. Toisen syöttöjohtimen (ei esitetty kuvassa) vaakasuora osuus 30 voi olla tällöin suora tai siinä voi olla vastaava mutka ylöspäin. Kuva 11e esittää suoritusmuotoa, jossa syöttöjohtimen yläpää 1103 on syöttötornin korkeussuunnassa niin paksu, että syöttöjohtimen vaakasuora osuus voi olla (mahdollisia toisen syöttöjohtimen väistämiseksi tarvittavia mutkia lukuunottamatta) kokonaan vaakasuora.

35

Kuvat 12a, 12b, 12c ja 12d esittävät eräitä esimerkinomaisia tapoja, joilla syöttöjohtimen leveys voi vaihdella esimerkiksi sen vaakasuoralla osuudella (kuten edellä kuvan 6b yhteydessä on todettu, syöttöjohtimen poikkileikkaus voi vaihdella 9 myös sen pystysuoralla osuudella). Samalla kuvat esittävät, miten kiinnitysreikiä ei välttämättä tarvita syöttötornin jokaisessa haarassa: näiden kuvien esittämissä suoritusmuodoissa kiinnitysreikinä käytetään niiden haarojen läpi kulkevia pitkänomaisia ontelolta, joissa ei kulje syöttöjohdinta. Kuvassa 12a syöttöjohdinten 5 vaakasuora osuus on kauttaaltaan samanlevyinen kuin niiden pystysuorakin osuus ja syöttöjohdin levenee vasta muodostaessaan syöttötornin haaran yläpään kokoisen levymäisen osuuden, jonka on tarkoitus painua dielektrisen tukilevyn (ei esitetty kuvassa) alapinnalla olevaa metalliliuskaa vasten ja muodostaa näin syöttöpis-te. Kuvassa 12b syöttöjohtimen vaakasuora osuus on yleisesti ottaen leveämpi 10 kuin sen pystysuora osuus, mutta vaakasuora osuus kapenee tasaisesti päistään kohti keskikohtaansa, joka on syöttöjohdinten risteämiskohdan kohdalla.

Kuvan 12c suoritusmuoto eroaa kuvasta 12b siten, että syöttöjohtimen vaakasuora osuus ei kapene tasaisesti kohti keskikohtaansa vaan syöttöjohtimen vaakasuoran 15 osuuden keskikohdalla on muuta vaakasuoraa osuutta kapeampi kohta. Kuvassa 12d syöttöjohtimen vaakasuora osuus on leveimmillään siinä kohdassa, jossa se liittyy syöttötornin haaran yläpään kokoiseen levymäiseen osuuteen, ja kapenee siitä tasaisesti kohti sitä kohtaa, jossa vaakasuora osuus kääntyy pystysuoraksi osuudeksi.

20

Kuvat 13a, 13b ja 13c esittävät eräitä tapoja kiinnitysreikien sijoittamiseksi. Kuvassa 13a kiinnitysreikinä käytetään kahdessa syöttötornin haarassa niiden sisällä kulkevaa onteloa. Niissä haaroissa, joissa onton sisäosan läpi kulkee syöttöjohdin, on erillinen uloke 1301 kiinnitysreikää varten. Kuva 13a esittää lisäksi vielä erään 25 esimerkinomaisen tavan, jolla syöttöjohtimen yläpää voidaan muotoilla: aiemmin esitetyn levymäisen osuuden asemesta kuvan 13a syöttöjohdinten yläpäässä on syöttöjohtimen tasapaksusta materiaalista taivutettu koukku 1302, jonka keskelle jäävä tyhjä osuus vastaa edellä esitetyissä levymäisissä syöttöjohtimen yläpäissä olevaa reikää. Kuvan 13b suoritusmuoto vastaa kuvien 4 ja 5 esittämää suoritus-30 muotoa eli siinä on syöttötornin jokaisessa haarassa kiinnitysreikää varten uloke (tai kukin haara on alas asti kiinnitysreiän sijoituspaikan verran paksumpi kuten kuvassa 10b). Kuvassa 13c syöttötornin jokaisessa haarassa on kiinnitysreikää varten uloke, mutta uloke ei ole haaran ulkopinnalla vaan sivussa. Dielektrisen tukilevyn (ei esitetty kuvassa) vastaavat reiät sijoittuisivat tällöin luontevimmin siten 35 kuin on esitetty edellä kuvassa 9c.

Kuva 14 esittää erästä vaihtoehtoista tapaa syöttötornin muodostamiseksi. Siinä syöttötorni muodostuu ensimmäisestä dielektrisestä levystä 1401 ja toisesta di- 10 elektrisestä levystä 1402, jotka asetetaan ristikkäin. Tätä varten ensimmäisessä dielektrisessä levyssä on hahlo 1403 dielektrisen levyn alareunan keskellä ja toisessa dielektrisessä levyssä on hahlo 1404 dielektrisen levyn yläreunan keskellä. Kummankin hahlon syvyys on puolet dielektrisen levyn korkeudesta. Kummankin 5 dielektrisen levyn 1401 ja 1402 ensimmäisellä sivupinnalla on U:n muotoinen me-talloitu alue, joka sähköiseltä toiminnaltaan vastaa syöttötornin runkoa kuvassa 2. Kummankin dielektrisen levyn 1401 ja 1402 toisella sivupinnalla on syöttöjohdin 1405 ja 1406 vastaavasti. Kuvassa 14 ei ole esitetty antennilevyä, joka kuitenkin muistuttaisi kovasti sitä, mitä edellä on esitetty kuvissa 2 ( vrt. antennilevy 201) 10 sekä 4 ja 5.

Syöttöpisteet kuvatun kaltaisen antennilevyn alapinnalla oleviin säteilevän anten-nielementin päihin muodostuvat kuvassa 14 metalloiduista alueista 1407, 1408, 1409 ja 1410 dielektristen levyjen 1401 ja 1402 yläreunassa. Kukin näistä metal-15 loiduista alueista sijaitsee U:n muotoisen metalloidun alueen sakaran yläpäässä. Syöttöjohtimet 1405 ja 1406 liittyvät yläpäästään siihen metalloituun alueeseen 1408 ja 1410, joka ei ole saman sakaran yläpäässä kuin minkä kohdalla syöttöjoh-timen pystysuora osuus sijaitsee. Dielektrisissä levyissä 1401 ja 1402 olevat hahlot 1403 ja 1404 edellyttävät metalloitujen läpivientien 1411 ja 1412 käyttöä hah-20 loon tulevassa dielektrisen levyn osassa, jotta sähköä johtava yhteys ei katkeaisi hahlon kohdalla. Kuvassa 14 ei oteta kantaa siihen, miten kiinnitysruuvit tai muut antennilevyn kiinnittämiseksi tarvittavat kiinnitysvälineet sijoitetaan syöttötornissa, koska alan ammattimies pystyy helposti esittämään tähän soveliaita ratkaisuja.

25 Kuvan 14 esittämä rakenne soveltuu hyvin yksinkertaistettavaksi yhden polarisaation antenniin. Tällöin riittää yksi dielektrinen levy eikä tarvita lainkaan hahloja tai hahlojen edellyttämiä metailoituja läpivientejä. Koska syöttöjohtimen yhtenäisyys on antennin toiminnan kannalta paljon tärkeämpää kuin U:n muotoisen metalloi-den alueen alaosan yhtenäisyys, kuvan 14 suoritusmuodosta voidaan esittää 30 muunnelma, jossa hahlo 1403 on hyvin syvä ja hahlo 1404 vastaavasti hyvin matala, jolloin syöttöjohdin 1406 voi jatkua yhtenäisenä päästä päähän.

Sähköisesti syöttöjohtimen pystysuora osuus ja sen kohdalla dielektrisen levyn toisella puolella oleva metalloitu alue kuvassa 14 vastaavat sitä siirtolinjaa, joka 35 kuvissa 2, 4 ja 5 muodostuu syöttöjohtimen pystysuorasta osuudesta ja sitä ympäröivästä, syöttötornin haaran läpi pystysuunnassa kulkevan ontelon seinämästä, joka johtaa sähköä. Syöttöjohtimen leveys voi vaihdella halutulla tavalla; esimerk- 11 kina on esitetty impedanssin muuttamiseksi tehdyt kaksi portaittaista muutosta syöttöjohtimen alapäässä.

Keksinnön mukainen antennirakenne soveltuu käytettäväksi esimerkiksi solukko-5 radiojärjestelmien tukiasemissa. Jos haluttu taajuusalue on esimerkiksi noin kahden gigahertsin luokkaa, syöttötornin korkeuden kannalta oleellinen aallonpituuden neljännes on noin 30 mm. Keksinnön mukaista antennirakennetta voidaan kuitenkin käyttää esimerkiksi tutkalaitteiden antenneissa, satellittipaikannuslaitteissa ja yleisesti monissa muissakin pienikokoisissa radiolaitteissa.

10

Keksintöä on mahdollista muunnella edellä esitetystä. Esimerkiksi keksinnön kannalta ei ole mitenkään oleellista, että syöttötornin haarat ovat tarkalleen kohtisuorassa antennilevyä vastaan, vaikka tällaisella ratkaisulla onkin omat etunsa esimerkiksi helpomman mallinnuksen ja valmistuksen muodossa. Ristikkäin olevi-15 en säteilevien antennielementtien ei tarvitse olla samanlaisia eikä niitä välttämättä tarvitse käyttää saman signaalin lähettämiseksi ja/tai vastaanottamiseksi eri polarisaatioilla, vaan antennielementit voidaan mitoittaa eri tavalla, jolloin antennira-kenteessa on kaksi toisistaan riippumatonta yhden polarisaation antennia.

Claims (15)

1. Antenni radiolaitetta varten, jossa on - ensimmäinen antennielementti (212) ja 5 -syöttötorni (202, 402) syötön muodostamiseksi ensimmäiseen antennielement-tiin (212), tunnettu siitä, että -antennissa on dielektrinen tukilevy (211, 411), joka on mekaanisesti kiinnitetty syöttötornin (202, 402) ensimmäiseen päähän, 10. ensimmäinen antennielementti on muodoltaan taittodipoli ja muodostuu toisiinsa kytketyistä metalliliuskoista (413, 413’, 414, 414’, 416, 416’, 417, 417’, 716, 716’, 717, 717’, 719) dielektrisen tukilevyn (211,411) ainakin kahdella pinnalla ja - syöttötorni (202, 402) kytkeytyy mainitussa ensimmäisessä päässä sähköisesti ensimmäisen antennielementin (212) kahteen eri kohtaan. 15

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen antenni, tunnettu siitä, että syöttötornissa (202, 402) on sähköä johtavat ensimmäinen haara (221, 421) ja toinen haara (222, 422), jotka ovat sähköä johtavassa yhteydessä toisiinsa syöttötornin toisessa päässä, sekä ensimmäinen syöttöjohdin (226, 426), jonka yksi osuus muodostaa 20 siirtolinjan ensimmäisen haaran kanssa ja jonka toinen osuus ulottuu mainitusta siirtolinjasta toiseen haaraan syöttötornin ensimmäisessä päässä.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen antenni, tunnettu siitä, että: -ensimmäisen haaran (221, 421) sisällä on syöttötornin ensimmäisestä päästä 25 toiseen päähän ulottuva ontelo (224), - siirtolinja muodostuu ontelon (224) sähköä johtavasta seinämästä ja ontelon sisällä kulkevasta ensimmäisen syöttöjohtimen (226, 426) osuudesta, - ontelon (224) seinämässä on kolo (225) syöttötornin ensimmäisessä päässä ensimmäisen haaran (221, 421) sillä sivulla, joka on toiseen haaraan (222, 422) päin 30 ja - ensimmäinen syöttöjohdin (226, 426) kulkee kolon (225) kautta.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen antenni, tunnettu siitä, että ensimmäisen syöttöjohtimen (226, 426) poikkileikkaus muuttuu tietyssä sen osuuden kohdassa 35 (601,602), joka on ontelon (224) sisällä.

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen antenni, tunnettu siitä, että ensimmäisen syöttöjohtimen (226, 426) poikkileikkaus muuttuu tietyssä sen osuuden kohdassa, joka ulottuu mainitusta siirtolinjasta toiseen haaraan.

6. Patenttivaatimuksen 2 mukainen antenni, tunnettu siitä, että syöttötornin (202, 402) ensimmäisessä päässä on ainakin yhdessä haarassa kiinnitysreikä di-elektrisen tukilevyn (211, 411) mekaaniseksi kiinnittämiseksi syöttötorniin (202, 402).

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen antenni, tunnettu siitä, että - antennissa on toinen antennielementti, joka on muodoltaan taittodipoli ja muodostuu toisiinsa kytketyistä metalliliuskoista (443, 444, 744, 745) dielektrisen tukilevyn (211,411) ainakin kahdella pinnalla ja - syöttötorni (202, 402) kytkeytyy mainitussa ensimmäisessä päässä sähköisesti 15 toisen antennielementin (212) kahteen eri kohtaan.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen antenni, tunnettu siitä, että syöttötornissa (202, 402) on sähköä johtavat kolmas haara (431) ja neljäs haara (432), jotka ovat sähköä johtavassa yhteydessä toisiinsa syöttötornin toisessa päässä, sekä toinen 20 syöttöjohdin (436), jonka yksi osuus muodostaa siirtolinjan kolmannen haaran kanssa ja jonka toinen osuus ulottuu mainitusta siirtolinjasta neljänteen haaraan syöttötornin ensimmäisessä päässä.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen antenni, tunnettu siitä, että 25 -kolmannen haaran (431) sisällä on syöttötornin ensimmäisestä päästä toiseen päähän ulottuva ontelo, - siirtolinja muodostuu ontelon sähköä johtavasta seinämästä ja ontelon sisällä kulkevasta toisen syöttöjohtimen (436) osuudesta, - ontelon seinämässä on kolo syöttötornin ensimmäisessä päässä kolmannen haa-30 ran (431) sillä sivulla, joka on neljänteen haaraan (432) päin ja - toinen syöttöjohdin (436) kulkee kolon kautta.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen antenni, tunnettu siitä, että syöttötornin (202, 402) toisen pään muodostaa nelikulmainen pohjalevy (223), jonka nurkissa 35 ovat syöttötornin ensimmäinen (421), toinen (422), kolmas (431) ja neljäs (432) haara.

11. Patenttivaatimuksen 7 mukainen antenni, tunnettu siitä, että kohdassa, jossa ensimmäiseen antennielementtiin ja toiseen antennielementtiin kuuluvat metal-liliuskat (413, 413’, 414, 414’, 443) risteävät dielektrisen tukilevyn (411) pinnalla, eri antennielementteihin kuuluvia metalliliuskoja estetään koskettamasta toisiinsa 5 käyttämällä siltakappaletta (415) tai metalloitujen läpivientien avulla muihin metalli-liuskoihin (413’, 414’) kytkeytyvää metalliliuskaa (719) dielektrisen tukilevyn (411) vastakkaisella puolella.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen antenni, tunnettu siitä, että se on järjestetty 10 kytkettäväksi syöttötornin (202, 402) toisesta päästä balansoimattomalla siirtolin- jalla radiolaitteen antenniporttiin.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen antenni, tunnettu siitä, että sen syöttöim-pedanssi syöttötornin (202, 402) toisessa päässä on välillä 35-120 ohmia. 15

14. Menetelmä antennirakenteen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että siinä - muodostetaan taittodipolin muotoinen ensimmäinen antennielementti toisiinsa kytketyistä metalliliuskoista (413, 413’, 414, 414’, 416, 416’, 417, 417’, 716, 716’, 717, 717’, 719) dielektrisen tukilevyn (211,411)ainakin kahdella pinnalla ja 20 - kiinnitetään dielektrinen tukilevy (211, 411) mekaanisesti syöttötornin (202, 402) ensimmäiseen päähän siten, että syöttötorni (202, 402) kytkeytyy mainitussa ensimmäisessä päässä sähköisesti ensimmäisen antennielementin (212) kahteen eri kohtaan.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siinä ase tetaan syöttöjohdin (226, 426) kulkemaan syöttötornin ensimmäisen haaran (221, 421. sisällä olevaa onteloa (224) pitkin koloon (225) syöttötornin ensimmäisen haaran (221, 421) yläosassa ja kolon (225) kautta syöttötornin toisen haaran (222, 422. yläpäähän ja 30. puristetaan syöttöjohtimen (226, 426) pää syöttötornin toisen haaran (222, 422) yläpään ja dielektrisen tukilevyn (411) väliin niin, että syöttöjohtimen (226, 426) ; pää koskettaa dielektrisen tukilevyn (411) pinnalla olevaa, ensimmäiseen anten- , nielementtiin kuuluvaa metalliliuskaa.