NL194817C

NL194817C - Antenne-inrichting.

Info

Publication number: NL194817C
Application number: NL9001759A
Authority: NL
Original assignee: Dassault Electronique
Priority date: 1989-08-03
Filing date: 1990-08-03
Publication date: 2003-03-04
Also published as: DE4032891C2; NL9001759A; CA2023210A1; FR2751470A1; DE4032891A1; PT94909B; GB2316231A; GB2316231B; IT1283982B1; SE9002555L; SE9002555D0; IT9067789A1; NL194817B; BE1011665A5; GB9018069D0; FR2751470B1; CA2023210C; SE510274C2; IT9067789A0; PT94909A

Description

1 194817

Antenne-inrichting

De uitvinding heeft betrekking op een antenne-inrichting omvattende ten minste twee straalelementen op een drager en een paar aansluitklemmen voor voeding met hoogfrequente elektrische signalen voor elk van 5 deze elementen en waarbij elk van de draden van de straalelementen zijn gewikkeld op onderling aangrenzende wijze in de vorm van een spiraal, waarbij ten minste één van de straalelementen een verlenging van de draden van zijn spiralen bezit.

Een dergelijke antenne-inrichting is bekend uit JP-A-58.134.511. Hierin wordt een antenne-inrichting beschreven, bestaande uit een array van antenne-elementen waarvan de element-vormende draden op 10 onderling aangrenzende wijze spiraalvormig zijn gewikkeld. De antenne die in het Japanse octrooidocument wordt beschreven is geschikt voor werking in hoog frequentie bereiken. Door de specifieke constructie is werking in een breed frequentie gebied niet mogelijk.

De uitvinding heeft tot doel verbetering te brengen in de bovengenoemde antenne-inrichting en wordt gekenmerkt doordat de twee draden van de verlenging samen een perifere krans vormen die de straal-15 elementen omgeeft.

Hierdoor wordt een antenne-inrichting verkregen die werkzaam is in een breed frequentiegebied. Opgemerkt wordt nog dat het Amerikaanse octrooi 3.787.871 één antenne-element toont bestaande uit twee onderling aangrenzende spiraalvormig gewikkelde draden, welke verlengingen hebben die het ene antenne-element omgeven. Het Amerikaanse octrooischrift toont echter niet meerdere straalelementen op 20 een drager.

Bij voorkeur heeft elk straalelement een verlenging van de draden van zijn spiralen, die een perifere krans vormen die de straalelementen omgeeft.

Indien men de straling wenst te beperken tot het gedeelte van de ruimte dat is gelegen voor de spiraal, kan men de andere zijde van de drager in contact brengen met een holte die is gevuld met een elektromag-25 netisch absorberend materiaal. Wanneer op juiste wijze gevoed met hoogfrequente elektrische signalen, straal een antenne van dit type in het gewenste ruimtelijke gebied binnen een zeer brede frequentieband.

Voorgesteld is dergelijke antennes in een netwerk te plaatsen. Evenwel brengt een dergelijke configuratie, zoals men verderop meer in detail zal zien, werkingsproblemen met zich mee die in het bijzonder samenhangen met de eigenschappen van de netwerken, in het bijzonder wanneer een werking wordt 30 beoogd binnen een zeer brede frequentieband.

De uitvinding beoogt een oplossing voor dit probleem te bieden.

Een doel van de uitvinding is een inrichting te verschaffen die een aantal spiraalantennes omvat die in een netwerk zijn geplaatst, waarbij de inrichting binnen een zeer brede frequentieband kan werken zonder een verslechtering van de werking als gevolg van de netwerkstructuur.

35

De uitvinding wordt toegelicht in de beschrijving, onder verwijzing naar de tekening, waarin: de figuren 1 en 2 op zeer schematische wijze een bekende, op zich zelf staande spiraalantenne illustreren; figuur 3 op schematische wijze drie spiraalantennes illustreert die zijn verenigd volgens een configuratie 40 die werkingsproblemen vertoont, en figuur 4 een gedeeltelijke schematische illustratie is van een uitvoeringsvorm van de onderhavige

Sn liiiiutiuiiy.

Zoals op schematische wijze is geïllustreerd in de figuren 1 en 2 omvat een gedrukte spiraalantenne op een 45 vlak van een drager (bijvoorbeeld een diëlektricum) SU, twee metallische drden B1 en B2, van gelijke lengte, die onderling zijn gewikkeld op aangrenzende wijze teneinde een spiraal SP te vormen. Met uitzondering van de omgeving van de uiteinden van een draad, wordt elk draadgedeelte omgeven door twee gedeelten van de andere draad.

Opgemerkt zij dat hier een zogenaamde Archimedesspiraal is weergegeven, dat wil zeggen een spiraal 50 waarvan elke draad een constante dikte heeft en een constante tussenruimte heeft ten opzichte van de andere draad. Evenwel kunnen andere typen spiralen worden toegepast, zoals bijvoorbeeld de zogenaamde logarithmische spiralen, waarbij is voorzien in een groeifactor voor de breedten van de draden.

Een dergelijke antenne is geschikt om binnen een zeer brede frequentieband te werken, waarbij de verhouding tussen de hoogste frequentie tot de laagste frequentie bijvoorbeeld van de orde van vier moet 55 zijn. Zijn laagste werkfrequentie F1 wordt dan in eerste benadering gegeven door de volgende formule: π .D = c/F1 -

waarin π het reële getal aangeeft dat in hoofdzaak gelijk is aan 3,14, D de buitendiameter van de spiraal SP

194817 2 aangeeft, C de lichtsnelheid aangeeft, F1 de onderste werkfrequentie aangeeft en λ , de golflengte aangeeft behorende bij de frequentie F1.

Een spiraalantenne vertoont eveneens de bijzondheid van stralen, zowel binnen het gedeelte van de ruimte dat is gesitueerd tegenover de spiraal SP als het gedeelte van de ruimte dat tegenover de andree 5 zijde, of achterzijde, van de drager SU is. Indien men deze straling wenst te beperken tot het gedeelte van de ruimte dat is gesitueerd tegenover het voorvlak van de drager, kan men daartoe het andere vlak van deze laatste in contact brengen met een holte CA die is gevuld met een materiaal dat de hoogfrequente elektromagnetische golven absorbeert binnen een brede band.

De voeding van de twee draden van een dergelijke antenne vindt plaats door twee draden F11 en F12 10 die zijn verbonden met de respectieve uiteinden van de twee draden die zich in het midden van de spiraal bevinden. De voeding met hoogfrequente elektrische signalen vindt in het algemeen plaats met behulp van een coaxiale kabel CO die van nature assymterisch is omdat hij een centrale kem omvat en een mantel.

Een juiste werking van een spiraalantenne vereist, vanwege zijn symmetrische geometrische kenmerken een voeding met elektrische signalen van het "symmetrische” type, dat wil zeggen identiek voor de twee 15 draden. Het is daarom nodig achter de holte CA te voorzien in een elektronisch symmetrieseerelement SY dat deze symmetriewerking verzekert. Opgemerkt zij hier dat de twee draden F11 en F12, die lopen door de holte met het absorberende materiaal CA, de straling van de antenne niet verstoren omdat deze wordt belemmerd in het achterste ruimtelijke gedeelte.

Teneinde met name voordeel te trekken uit de zeer breedbandige werkingseigenschappen van spiraal-20 antennes, is voorgesteld deze te verenigen in een netwerk. Een oplossing zou kunnen bestaan uit het opstellen van deze spiralen zij aan zij, zoals is geïllustreerd op zeer schematische wijze in figuur 3. Evenwel geeft een dergelijke oplossing geen bevrediging om redenen die thans zullen worden toegelicht.

Men weet immers dat de juiste werking van een netwerk bij een gegeven frequentie nauw afhangt van de tussenruimtedoorgang van de elementaire antennes die dit netwerk vormen. Aldus is het, voor een 25 golflengte λ, die overeenkomt met een gegeven werkfrequentie, vereist dat de doorgang p van het netwerk kleiner is dan of gelijk is aan de helft van de waarde van deze golflengte. Immers kan, indien de doorgang p de helft van deze waarde overschrijdt, het stralingsdiagram van het netwerk een parasitaire lobbe, of "netwerklobbe”, vertonen die is verschoven ten opzichte van de bruikbare hoofdlobbe van dit netwerk en die de werking van deze laatste vertoort.

30 De doorgang p van een dergelijk netwerk is minimaal wanneer de spiralen grenzend aan elkaar zijn, zodanig dat een respectievelijke buitendiameter D in hoofdzaak gelijk is aan de doorgang p. Bij de benedenwerkfrequentie F1, die correspondeert met de golflengte , neemt de doorgang p, die anderzijds gelijk is aan de diameter D, dan, onder toepassing van de hierboven gegeven formule, de waarde λ,/π aan. Er doet zich derhalve bij deze frequentie geen enkel probleem voor betreffende de werking omdat de 35 doorgang p kleiner is dan λ^/2.

Indien men evenwel wenst dit netwerk te laten werken binnen een zeer brede frequentieband die zich uitstrekt tot een hoogste werkfrequentie F2 die bijvoorbeeld gelijk is aan viermaal de laagste werkfrequentie F1, ziet men in dat de doorgang p dan gelijk is aan het product van de golflengte λ^, met een factor gelijk 4/π. De werking van het netwerk wordt derhalve gewijzigd bij de frequentie F2 door de aanwezigheid van 40 een netwerklobbe omdat de doorgang p groter is dan en a fortiori groter dan λς/2.

Een bijzondere uitvoeringsvorm van de onderhavige antenne-inrichting is geïllustreerd in figuur 4.

In deze figuur zijn, ter vereenvoudiging, slechts de geometrische configuraties van de draden van de verschillende spiralen weergegeven, waarbij uiteraard in een paar aansluitklemmen voor voeding met hoogfrequente elektrische signalen is voorzien voor elk van deze straalelekementen van dit netwerk.

45 Opdat dit netwerk werkzaam is vanaf een benedenfrequentie F1 wordt de lengte van de twee draden van elk straalelement van het netwerk, welke lengte gelijk is voor alle straalelementen, zodanig bepaald dat een elementaire spiraalantenne die wordt gevormd door deze twee draden een buitendiameter D heeft die de werking bij deze frequentie F1 mogelijk maakt.

Opdat het netwerk werkzaam is binnen een zeer brede frequentieband tot een bovenfrequentie F2, 50 bijvoorbeeld gelijk aan viermaal de benedenfrequentie, wordt een netwerkdoorgang p2 in het algemeen kleiner dan, en bij voorkeur gelijk aan, de helft van de waarde van de golflengte gekozen. De twee draden van elk straalelement van het netwerk worden aldus op een naburige wijze gewikkeld voor het vormen van een gebied in de vorm van een spiraal met een buitendiameter D2 die in hoofdzaak gelijk is aan de doorgang p2. Al deze gebieden in de vorm van spiralen SP1—SP7 zijn dan op één lijn, zij aan zij op 55 het substraat, waarbij een rij wordt gevormd.

Het lengteoverschot van de draden B1i en B2i van een straalelement wordt vervolgens op het vrije oppervlak van het substraat aangebracht en vormt een verlenging PB1 i en PB2i waarvan de geometrie van

Claims

3 194817 die van de bijbehorende spiraal SPi. Aldus verlaten, in dit voorbeeld, de twee draden PB1i en PB2i van de verlenging van de spiraal SPi deze laatste in diametraal tegenover elkaar gelegen punten en circuleren zij rondom alle gebieden SP1-SP7 van de straalelementen in dezelfde richting als die van de spiralen. Met andere woorden, alle draden van alle 5 verlengingen circuleren grenzend aan elkaar teneinde een perifere krans te vormen die de spiralen SP1-SP7 volledig omgeeft. Een dergelijk netwerk werkt dan op juiste wijze bij de bovenfrequentie F2 omdat de doorgang in overeenstemming daarmee is bepaald. Het netwerk werkt evenzo op juiste wijze bij elke andere frequentie tot de benedenfrequentie F1 omdat de doorgang p2, die is berekend voor de bovenfrequentie F2, noodza-10 kelijkerwijs kleiner is dan de helft van de waarde van de golflengte λν die correspondeert met deze onderste werkfrequentie. Evenzo zij opgemerkt dat de stralingsbijdrage van deze antenne-inrichting in hoofdzaak wordt verschaft door de spiralen SPi voor wat betreft de bovenste werkfrequentie, terwijl de perifere krans CP in hoofdzaak bijdraagt voor de onderste werkfrequentie. Het kan evenwel voordelig zijn dat deze lijnen van deze perifere 15 krans CP gedeeltelijk of volledig worden bedekt met een materiaal met hoogfrequente verliezen, zoals de ferriet bevattende materialen. In dat geval nemen de lijnen van deze krans niet rechtstreeks deel aan de straling in een onderste band omdat zij de elektromagnetische golf over de gehele lengte van zijn traject langs deze lijnen dempen. Daar staat tegenover dat deze lijnen dan de prestatie in een onderste band aanmerkelijk verbeteren door in aanzienlijke mate de terugprogagatie van de elektromagnetische golf in de 20 spiraal te verwijderen, welke propagatie wordt opgewekt door de reflectie van de elektromagnetische golf aan een einde van een draad. Men kan deze straling in een lage band natuurlijk regelen door een geschikte lokalisatie van het verliesmateriaal, waarbij zij opgemerkt dat hoe dan ook deze laagfrequente straling zich in geringe mate ook voordoet ter hoogte van de spiralen SPI, en dit nagenoeg zonder een verstoring. 25 De verlenging van de draden van de spiralen is gesitueerd in het vlak van deze laatste of buiten dit vlak. Evenzo kan deze verlenging, in het ene en/of het andere geval, al dan niet circuleren rondom deze spiralen. Hierboven zijn spiralen beschreven die alle in hun vlak dezelfde hoekconfiguratie hebben. Het is de deskundige bekend de fase van een spiraalantenne te veranderen door in te werken op deze hoekconfiguratie. 30

1. Antenne-inrichting omvattende ten minste twee straalelementen op een drager en een paar aansluit-35 klemmen voor voeding met hoogfrequente elektrische signalen voor elk van deze elementen en waarbij elk van de draden van de straalelementen zijn gewikkeld op onderling aangrenzende wijze in de vorm van een spiraal, waarbij ten minste één van de straalelementen een verlenging van de draden van zijn spiralen bezit, met het kenmerk, dat de twee draden van de verlenging samen een perifere krans vormen die de straalelementen omgeeft.

2. Een antenne-inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat elk straalelement een verlenging heeft van de draden van zijn spiralen, die een perifere krans vormen die de straalelementen omgeeft. Hierbij 1 blad tekening