NL8002314A - Kruisdipoolreeks met een reflector. - Google Patents

Description

VO 251

Kruisdipoolreeks met een reflector

De uitvinding heeft "betrekking op een kruisdipoolreeks met een ' reflector, en dienende om een uit twee lineair gepolariseerde golven,een samengestelde circulair gepolariseerde golf te kunnen uitstralen.

Op grote hoogten in de atmosfeer bestaaa verschillende geïoniseerde 5 lagen die grote aantallen van vrije elektronen en positieve ionen "bevatten. De ionisatie ontstaat hierbij in de regel als gevolg van het z.g. foto-effect met andere woorden door de inwerking van kortgolvige; ultra-violette zonnestraling, die op dergelijke grote hoogtai in de atmosfeer zonder onderbreking wordt geabsorbeerd. Aangezien de lucht-10 dichtheid op dergelijke grote hoogten bijzonder gering is, recombineren de ladingen zich bijzonder traag,ζσ&ΐ een hoge evenwichtswaarde van de ionisatie ontstaat. In de hoogst gelegen laag verdwijnt deze zo langzaam, dat over de gehele nacht gerekend een restant blijft bestaan.

Overdag is een onderverdeling in drie lagen mogelijk, welke 15 lagen worden aangeduid door D, E en F. Voor de uitbreiding van elektromagnetische golven is de buitenste P-laag, die als F-2-laag wordt aangeduid, maatgevend. De ionisatietoestand volgt geen eenvoudige wet. Het dagverloop is al naar gelang het jaargetijde lengte- en breedtegraad in grote mate verschillend.

20 Voor draadloze verbindingen met satelieten en ruimtevaartuigen is een nauwkeurige kennis van de hoedanigheid van de buitenste ionosfeer en magnetosfeer vereist. Voor het onderzoek daarvan wordt gebruik gemaakt van technieken berustend op incoherente strooistraling (scattering). Hiertoe wordt met behulp van een zender voor groot vermogen en een 25 antenne met een sterk bundeleffect, een kortgolvige straling in de atmosfeer uitgezonden. Een gedeelte van de uitgezonden energie wordt door de wolkachtige bovenzijde van de E-laag na reflectie bij de F-2-laag in de vorm van strooistraling naar de plaats van de zender teruggezonden. Uit de grootte van de teruggezonden strooistraling 30 (back-scattering) kunnen gevolgtrekkingen betreffende de hoedanigheid van de F-2-laag worden gemaakt. Daarbij is in het bijzonder van belang de draaiing van de polarisatierichtihg. Voor het onderzoek van de buitenste ionosfeer zijn derhalve antennes met een sterk bundeleffect vereist en welke antennes golven met allerlei polarisatierichtingen, 35 zoals lineair, (horizontaal, vertikaal), circulair linksom, circulair 800 2 3 14 jsr -2- rechtsom, kunnen uitzenden en ontvangen.

Echter niet alleen voor het met "behulp van radarapparatuur onderzoeken van de ionosfeer m^ar ook in andere gevallen, bijvoorbeeld voor het onderdrukken van door regenbuien veroorzaakte echo's, 5 is radarapparatuur voor zuiver circulaire polarisatie vereist.

Bovendien wordt voor draadloze verbindingen in het bijzonder met satelieten en ruimtevaartuigen bij voorkeur gebruik gemaakt van golven die circulair zijn gepolariseerd.

Het is bijvoorbeeld bekend om voor het uitstralen van lineair XO of circulair gepolariseerde elektromagnetische golven gebruik te maken van kruisdipolen. Wanneer het gewenst is een sterk gebundeld stralings-diagram te verkijgen dienen meerdere in een rij geplaatste van dergelijke kruisdipolen voor een reflector te worden aangebracht.

Daarbij zijn echter de door de beide dipolen geldende diagrammen 15 voor longitudinale (gerekend in de richting van de kolomsgewijze uitgelijnde dipolen) en voor de transversale (in een vlak loodrecht op de kolomsgewijze uitgelijnde dipolen) polarisaties niet-gelijk. Veeleer heeft het diagram voor de longitudinale polarisatie in een vlak loodrecht op de kolomsgewijs uitgelijnde dipolen een grotere stralings-20 breedte. Een dergelij3e antenne is echter bij voorbeeld voor het onder-. zoek van de buitenste ionosfeer niet geschikt. Meer in het bijzonder is het derhalve niet mogelijk om een kruisdipoolreeks te gebruiken voor het verkrijgen van een sterken richtkarakteristiek en als primaire straler voor een spiegelantenne. Ter verkrijging van een sterke opper-25 vlaktewerking voor circulaire polarisatie is het veeleer vereist dat de stralingsdiagrammen in een vlak dat loodrecht verloopt op de brandlijn voor beide polarisatierichtingen dezelfde vorm hebben.

ifet de onderhavige uitvinding is derhalve beoogd een kruisdipoolreeks met een reflector en dienende voor het uitzenden van een uit twee lineair 30 gepolariseerde golven samengestelde circulair gepolariseerde golf beschikbaar te stellen, waarbij het met gebruikmaking van eenvoudige technische middelen mogelijk moet zijn om voor de beide lineaire polarisaties in een vlak dat zich loodrecht uitstrekt op de richting van de kolomsgewijze uitgelijnde dipolen, stralingsdiagrammen met 35 een zelfde vorm te realiseren, terwijl in samenhang met een spiegel een bijzonder hoge oppervlaktewerking bij gunstige spiegelafmetingen alsook een goede circulaire polarisatie van de totaalantenne mogelijk 800 2 3 14 ►> -3- zijn. Bovendien moet een aanpassing worden verkregen ten aanzien van het impedantieverschil tussen de met longitudinale en transversale polarisatie stralende dipolen.

Een dergelijke doelstelling wordt uitgaande van een kruis-5 dipoolreeks van de in het voorafgaande genoemde soort, daardoor "bereikt dat de voor de transversale polarisatie dienende reflector is uitgevoerd als een vlakke reflector die daarbij door het aanbrengen van gelei-dingselementen voor de longitudinale polarisatie als MComer-reflector" is uitgevoerd.

10 Een belangrijk voordeel dat uit de uitvinding voortvloeit bestaat in het bijzonder daarin dat door de aanpassing van de vorm van de beide door de longitudinale en transversale dipolen verkregen stralingsdiagram-men, in een vlak dat zich loodrecht uitstrekt op de kolomsgewi^ze uitgelijnde dipolen, een circulaire polarisatie met _een grote effectieve 15 werking wordt verkregen. Wanneer een volgens de uitvinding uitgevoerde kruisdipoolreeks wordt gebruikt als primaire straler van een cilinder-parabool-antenne met gedecentraliseerde voeding, wordt een.aanzienlijk betere oppervlaktewerking verkregen. Wanneer een kruisdipoolreeks volgens de uitvinding als primaire straler wordt gebruikt, kunnen spie-20 gelantennes met kleinere afmetingen worden gerealiseerd. In het bijzonder voor VHF-antennes met grote spiegeldiameters kan toepassing van de onderhavige uitvinding leiden tot een aanzienlijke besparing aan materiaal en kosten. Doordat het impedantieverschil tussen de dipolen voor de longitudinale en de transversale polarisatie wordt 25 geëlimineerd, wordt bovendien de totale effectieve werking van dergelijke antennes verhoogd.

Ter nadere toelichting van de uitvinding zullen in het onderstaande twee uitvceiingsvoorbeelden daarvan worden behandeld met verwijzing naar de tekening.3η & tekening is: 30 fig. la een zijaanzicht of een doorsnede van een kruisdipoolreeks volgens de uitvinding; fig. lb een bovenaanzicht van de in fig. la weergegeven configuratie en fig. 2 een cilinderparabool-antenne waarin de kruisdipoolreeks 35 volgens de uitvinding als primaire straler is gebruikt.

Bij de in fig. la en lb weergegeven configuratie zijn op een vlakke reflector 11 een aantal in een rij gephatste kruisdipolen 1,2,.....i, ...., n aangebracht. Symmetrisch en parallel aan de 800 2 3 14 -1+- ϊτ kolomsgewijs uitgelijnde dipolen van de kruisdipolen 1,2, i, n, verlopen stangvormige geleidingselementen 21, 22 die worden gedragen door uil? dielektrisch materiaal gevormde steunen 23 en 2k, welke geleidingselementen zich op een afstand h hoven de reflector 11 bevinden.

De afstand h, alsook de afstand a tussen de stangvormige geleidingselementen 21, 22 en de kolomsgewijze uitgelijnde dipolen is hij voorkeur gelijk aan 0,1+5 maal de bedrijfsgolflengte "λ . De onderlinge afstand tussen de kruisdipolen 1,2 , u.j i i ·»· ^n bedraagt 0,7 maal de golflengte 2 · Evenwijdig met de kolomsgewijs uitgelijnde 10 dipolen van· de kruisdipolen 1,2,..... ,i,...., n zijn bovendien verdere stang-vccir^ geleidingselementen 31 en 32 aangebracht, die elektrisch geleidend zijn verbonden met de af schermende buitenste dager of de symme-trering van de kruisdipolen 1, 2, ...» i, ..., n welke verdere geleidingselementen zich verder op een geringe afstand van de reflector 15 11 bevinden. Een elektrische verbinding is/echter niet onvoorwaardelijk vereist. De afstand tot de reflector 11 is bij voorkeur ongeveer 0,1 maal de bedrijfsgolflengte 3 . De diameter van de stangvormige geleidingselementen 21,22, 31,32 is ongeveer 0,025 maal de bedrijfsgolflengte 7\ . De lengte van de stangvormige geleidingselementen 20 21, 22 en 31, 32 is ongeveer even groot als die van de reflector 11.

De in fig. 2 weergegeven configuratie is illustratief voor een' ander uitvoeringsvoorbeeld van een volgens de uitvinding ingerichte kruisdipoolreeks die fungeert als primaire straler van een cilinder-parabool-antenne. Daarbij zijn de voor het uitstralen van de longi-25 tudinaal gepolariseerde golven dienende dipolen van de kruisdipolen 1,2, ...., i, ...., n geplaatst in de brandlijn van de cilinderpara-bool-reflector 12, terwijl de voor de transversaal gepolariseerde golf dienende polen van de kruisdipolen 1,2,...., i, ...., n loodrecht daarop zijn aangebracht. De hoofdstralingsrichting van de 30 circulair gepolariseerde elektromagnetische golven is gegeven door de richting van de cilinderparabool-reflector 12. De afmetingen van deze cilinderparabool-reflector 12 werden bij dit uitvoeringsvoorbeeld zodanig gekozen dat de verhouding tussen de lengte van de reflector gerekend in de brandlijn en de loodrecht daarop staande 35 diameter ongeveer 0,1+5 is, Daardoor wordt behalve een grote mechanische stabiliteit een optimale oppervlaktewerking van de antenne van ongeveer SQ% bij vooropgestelde gelijkvormige bekrachtiging van de kruisdipoolreeks bereikt.

800 2 3 14 4 -5- Η

Teneinde een kruisdipoolreeks volgens de uitvinding voor het uitstralen van een circulair gepolariseerde golf werkzaam te doen '> zijn, is het nodig dat gebruik wordt gemaakt van een polariteits- afhankelijke reflector, die voor de transversale polarisatie als vlakke 5 reflector en die voor de longitudinale polarisatie gelijktijdig daarmee als "Corner-reflector1' werkzaam is. Zulks wordt bereikt door boven een vlakke reflector 11 de stangvormige geleidingselementen 21, 22 aan te brengen. Deze stangvormige geleidingselementen 31, 32 dienen als impedantie-aanpassing voor de longitudinale en transversale dipolen .

10 Deze elementen zijn voor de longitudinale polarisatie werkzaam als een verschuiving van de reflector 11, zonder dat echter de impedantie en het stralingsdiagram voor de transversale polarisatie wordt beïnvloed De invloed van de geleidingselementen 31,32 op het stralingsdiagram voor de longitudinale polarisatie is verwaarloosbaar klein.

15 Een kruisdipoolreeks volgens de uitvinding is in het bijzonder geschikt om te worden gebruikt als primaire straler voor spiegel-antennes met een brandlijn of een brandvlak.

800 2 3 14

Claims (7)

1. Kruisdipoolreeks met een reflector en dienende voor het uitstralen van een uit twee lineair gepolariseerde golven samengestelde circulair gepolariseerde golf, met het kenmerk, dat de reflector (ll) voor de transversale polarisatie als een vlakke reflector en gelijktijdig daar- 5 mee door het aanbrengen van geleidingselementen (21,22), voor de longitudinale polarisatie als "Coraer-reflector" is uitgevoerd.

2. Kruisdipoolreeks volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de geleidingselementen (21,22) stangvormig zijn uitgevoerd, deze elementen symmetrisch en parallel verlopend aan de kolomsgewijs uitgelijnde di- 10 polen van de kruisdipolen (1,2,...,i,...,n) zijn aangebracht, en deze elementen op een bepaalde afstand van de reflector parallel daaraan verlopen.

3. Kruisdipoolreeks volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de geleidingselementen (21,22) op een afstand (h) boven de reflector (ll) 15 zijn aangebracht, welke afstand kleiner is dan de halve bedrijfsgolflengte (X) van de kruisdipolen (1,2,...,i,...n).

1. Kruisdipoolreeks volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat bij een afstand van de kruisdipolen (1,2,...,i,...n) gelijk aan een vierde gedeelte van de bedrijfsgolflengte, ten opzichte van de reflector, 20 aan de beide zijden van de kolomsgewijs uitgelijnde dipolen telkens een stangvormig geleidingselement op een afstand (a) gelijk aan 0,^-5 maal de bedrijfsgolflengte ( Λ) is aangebracht,· en de afstand (h) waarop deze beide geleidingselementen zich van de reflector verwijderd bevinden, eveneens gelijk is aan 0,U5 maal de bedrijf sgolflengte (X). 25 5· Kruisdipoolreeks volgens een van de voorafgaande conclusies 1 t/m k, met het kenmerk, dat aan beide zijden en evenwijdig verlopend aan de kolomsgewijs uitgelijnde dipolen, verdere stangvormige geleidingselementen (31,32) op dezelfde wijze zijn aangebracht, welke verdere geleidingselementen zich op een geringe afstand van de reflector (ll) 30 bevinden.

6. Kruisdipoolreeks volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de extra stangvormige geleidingselementen (31,32) zich bij voorkeur op een afstand van ongeveer 0,1 maal de bedrijf sgolflengte ( λ ) van de reflector verwijderd bevinden. 800 2 3 14 -7- 'ft 's.

7, Kruisdipoolreeks volgens een van de voorafgaande conclusies 2 t/m 6, met het kenmerk, dat de stangvormige geleidingselementen (21,22; 31,32) een diameter hebben met een grootteorde van 0,025 maal de bedrijfsgolflengte (λ). 5 8, Kruisdipoolreeks volgens een van de vcorafgaande conclusies 1 t/m 7» met het kenmerk, dat de lengte van de geleidingselementen (21,22;31,32) even groot is als die van de reflector (ll).

9. Kruisdipoolreeks volgens een van de voorafgaande conclusies 1 t/m 8, met het kenmerk, dat de voor het uitstralen 10 van de longitudinaal gepolariseerde golven dienende kruisdipolen (1,2,....,i,....,n) evenwijdig in de brandlijn van een cilinder-parabool-refleetor (12) zijn aangebracht, en de voor het uitstralen van de transversaal gepolariseerde golven dienende dipolen van de kruisdipolen (l,2,...,i, ...,n) loodrecht daarop zijn aangebracht, 15 waarbij de hoofdstralingsrichting is gegeven door de richting van de cilinderparabool-reflector (12). 80 0 2 3 14