NL8503582A - Radiofrequentie-antennestelsel. - Google Patents

Description

* · — ί VO 7576

Radiofrequentie-antennestelsel.

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op een radio-frequentie-antenne en meer in het bijzonder op een radiofrequentie-antenne van het radiofrequentielenstype.

Zoals bekend kan een antenne zodanig worden ingericht, dat deze 5 een aantal gelijktijdig aanwezige bundels van radiofrequente energie levert, waarbij elk van deze bundels de versterking en bandbreedte van de gehele antenne-opening bezit. Overeenkomstig de stand der techniek kan een gewenst aantal simultane bundels worden verkregen door elk van een aantal antenne-elementen in een stelsel waarvan via een begrensde 10 elektrische baan te verbinden met een aantal bundelpoorten, waarbij de begrensde elektrische baan bestaat uit een elektromagnetische lens, die de tijdvertraging van de elektromagnetische energie tussen één bundel-poort van een aantal bundelpoorten en alle punten in overeenkomstige vlakke golffronten van overgedragen energie egaliseert. Men kam gebruik 15 maken van elk van een verschillend aantal bekende elektromagnetische lenzen. Eén van deze lenzen is een zogenaamde "Rotman"-lens, beschreven in een artikel, getiteld "Wide Angle Microwave Lens for Line Source Applications” van W. Rotman en R.F. Turner (Transactions of Antennes and Propagation, pag. 623-632, uitgegeven in november 1963 door het 20 Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., New York,

New York). Een andere van deze lenzen is beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.761.936. Bij elk van deze lenzen is een lensvormig, parallel-plaatgebied aanwezig met een aantal bundelpoorten en een aantal stelselpoorten, welke langs tegenover elkaar gelegen omtreksgedeelten 25 van het gebied zijn opgesteld. Elk van de stelselpoorten is met een overeenkomstig antenne-element in een stelsel van antenne-elementen gekoppeld en elk van de bundelpoorten werkt samen roet een overeenkomstige bundel van een aantal verschillend gerichte, betrekkelijk smalle bundels van radiofrequente energie.

30 Bij gebruik als een zendend antennestelsel is een versterker, meer in het bijzonder een lopende-golfbuis (TWT)-versterker tussen elk van de stelselpoorten en een overeenkomstig element van de antenne-elementen gekoppeld. Ofschoon een dergelijke constructie derhalve voorziet in een aantal verschillend gerichte, betrekkelijk smalle uitgezonden „V ? 1 -r rt Ό - -- «' 0 d

A

« -2- bundels is het in sommige gevallen gewenst een brede of "vloedlicht"-bundel uit te zenden. Dergelijke brede bundels zijn verkregen door de parallelle plaatlens te omgaan en het radiofrequente signaal aan slechts een enkel antenne-element via de ingang van de versterker, welke dit 5 enkele antenne-element voedt, toe te voeren. Bij een dergelijke constructie is het rendement van de door het stelsel uitgestraalde energie minder goed in verband met het feit, dat de energie van de andere versterkers in het stelsel niet wordt gebruikt bij het opwekken van de brede bundel.

10 De uitvinding voorziet in een radiofrentie-antennestelsel met een radiofrequentielens met een parallelle-plaatgebied waarbij langs tegenover elkaar gelegen omtreksgedeelten daarvan een aantal stelsel-poorten en een aantal bündelpoorten aanwezig is, welke stelselpoorten met een stelsel van antenne-elementen zijn gekoppeld, welke dienen voor 15 het verschaffen van een aantal verschillend gerichte, betrekkelijk smalle gecollimeerde bundels van radiofrequente energie uit een gemeenschappelijke opening, waarbij elk van deze bundels samenwerkt met een overeenkomstige bundelpoort van het aantal bündelpoorten, en organen om radiofrequente energie direkt aan het parallelle-plaatgebied toe te 20 voeren teneinde uit de gemeenschappelijke opening een betrekkelijk brede bundel van radiofrequente energie te verkrijgen.

Bij een voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding is een aantal versterkers aanwezig, waarbij elk van deze versterkers tussen een stelselpoort en een overeenkomstig element van de antenne-elementen is 25 gekoppeld. Bij een dergelijke constructie doorloopt de energie, welke direkt aan het parallelle-plaatgebied wordt toegevoerd voor het vormen van de brede bundel, ter versterking, het aantal versterkers, waardoor het energierendement van het stelsel bij het opwekken van de brede bundel wordt vergroot.

30 De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder ver wijzing naar de tekening. Daarbij toont: fig. 1 een gedeeltelijk schematische afbeelding van een radio-frequentie-energiestelsel met een aantal bundels, waarbij gebruik wordt gemaakt van een radiofrequentielens volgens de uitvinding, waarbij deze 35 figuur een bovenaanzicht van een dergelijke lens toont; ··» ♦. * * Λ • ·. - ' -> A ƒ

>£ · KJ ‘‘J V

-3- fig. 2 een schematische verticale dwarsdoorsnede van de lens volgens fig. 1, welke dwarsdoorsnede is vervormd doordat de verticale ~ afmetingen sterk vergroot zijn vergeleken met de horizontale afmetingen, welke dwarsdoorsnede is beschouwd over de lijn II-II van fig. 1; 5 fig. 3 een isometrische schematische afbeelding van de lens vol gens fig. 1 en 2 met gedeeltelijk weggebroken stelsel; fig. 4 een gedeeltelijk schematische afbeelding van een radio-frequentiestelsel met een aantal bundels, waarbij gebruik wordt gemaakt van een radiofrequentielens overeenkomstig een andere uitvoeringsvorm 10 volgens de uitvinding, waarbij deze figuur een bovenaanzicht van een dergelijke lens toont; en fig. 5 een schematische dwarsdoorsnede van de lens volgens fig.

1 is, welke dwarsdoorsnede is vervormd doordat de verticale afmetingen sterk zijn vergroot vergeleken met de horizontale afmetingen, waarbij 15 deze dwarsdoorsnede is beschouwd over de lijn v-v van fig. 4.

In fig. 1 is een radiofrequentie-antennestelsel 10 afgebeeld, voorzien van een uit evenwijdige platen opgebouwde radiofrequentielens 12 met langs tegenover elkaar gelegen omtreksgedeelten daarvan een aantal, hier tien, bundelpoorten 14a-14j en een aantal stelselpoorten 16a-20 16j. Het aantal bundelpoorten 14a-14j is op een conventionele wijze, hier door gebruikelijke coaxiale kabels 2la-21j, verbonden met een radar-stelsel 23, Het aantal stelselpoorten 16a-16j is gekoppeld met een overeenkomstig aantal antenne-elementen 18a-18j. De antenne-elementen 18a-18j zijn zodanig opgesteld, dat zij een stelsel 20 vormen. Een overeen-25 komstige versterker van een aantal versterkers 22a-22j is tussen één van de stelselpoorten 16a-16j en het element van de antenne-elementen 18a-18j, dat met deze poort van de stelselpoorten 16a-16j is gekoppeld, gekoppeld. De vorm van de lens 12, de lengten van de elektrische geleiders, hier de coaxiale kabels 19a-19j, welke de stelselpoorten 16a-16j onder-30 ling verbinden, de versterkers 22a-22j en de antenne-elementen 18a-18j worden tezamen met de opstelling van de antenne-elementen 18a-18j in het stelsel 20 zodanig gekozen, dat voor het radarstelsel 23 een aantal, hier tien, gelijktijdig aanwezige, gecollimeerde, verschillend gerichte, betrekkelijk smalle bundels 25a-25j van radiofrequente energie uit een 35 gemeenschappelijke opening aanwezig is. Elk van de tien bundels heeft een richting behorende bij één van de tien bundelpoorten 14a-14j, zoals ') 7 -4- beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.715.749. Hier is een toe-voerinrichting 30 aanwezig om radiofrequente energie direkt aan het pa-rallelle-plaatgebied 32 van de lens 12 toe te voeren teneinde uit de gemeenschappelijke opening, verschaft door het stelsel van antenne-elemen-5 ten, een brede bundel 27 te verkrijgen. De toevoerinrichting 30 is via een gebruikelijke coaxiale kabel 35 met het radarstelsel 23 gekoppeld.

De toevoerinrichting 30 bevindt zich in een punt van de as 34 van het parallelle-plaatgebied 32 van de lens 12 en wel zodanig, dat de ampli-tuden van de energie, uitgestraald door elk van de stelselelementen 10 18a-18j, praktisch aan elkaar gelijk zijn. Het punt waarin de toevoerinrichting 30 langs de as 34 is opgesteld, wordt empirisch zodanig gekozen, dat in responsie op de energietoevoer aan de toevoerinrichting 30 over het stelsel een kwadratische fase-afschuining wordt verkregen, welke de smalle bundel verbreedt ten opzichte van die, welke wordt ver-15 kregen uit energie, die aan ëën van de bundelpoorten 14a-14j wordt toegevoerd .

Thans ook verwijzende naar fig. 2 zijn daarin de toevoerinrichting 30 en de uit evenwijdige platen bestaande radiofrequentielens 12 gedetailleerd weergegeven. Hier bestaat de toevoerinrichting 30 uit een 20 coaxiale verbindingsinrichting met een buitengeleider 40, welke elektrisch is verbonden met een schijfvormige ondersteuningsflens 42, die ondersteuningsvlakken bezit, welke loodrecht op de lengteas van de coaxiale verbindingsinrichting 30 staan. De binnenste centrale geleider 44 is op een gebruikelijke wijze ten opzichte van de buitengeleider 40 ge-25 isoleerd. Hier bestaat de parallelle-plaatlens 12 uit een strooktrans-missielijnlens met een paar diëlektrische substraten 50, 52, elk met een geaard-vlakgeleider 54, resp. 56, die op de buitenoppervlakken daarvan is bekleed, en in hoofdzaak gelijke (spiegelbeeldvormige) middengeleider-schakelingen 58, resp. 60, die op de binnenoppervlakken daarvan zijn 30 aangebracht. De centrale geleiderschakeling 58, 60 wordt gevormd door met koper beklede oppervlakken, die op de binnenoppervlakken van de di-elektrische substraten 50, 52 zijn gevormd, te etsen onder gebruik van conventionele fotolithografisch-chemische etsmethoden. De centrale geleiderschakeling 58, 60, die op het binnenoppervlak van elk van de sub-35 straten 50, 52 is gevormd, verkrijgt overeenkomstig het bovengenoemde Amerikaanse octrooischrift 3.761.936 een bepaald patroon en derhalve

Vj v *5/ 'J ia -5- bezit elk, zoals hierin beschreven, een uit evenwijdige platen bestaand lensgebied 32 met driehoekige aanpassingssecties 62a-62b, die langs het brandpuntsgebied van het parallelle-plaatlensgebied 32 zijn gevormd. Opgemerkt, dat terwijl op de binnenoppervlakken van elk van de substra-5 ten 50, 52 als patroon een spiegelbeeldvormig parallelle-plaatgebied 32 en driehoekige aanpassingssecties 62a, 62b zijn gevormd, slechts op het binnenoppervlak van de onderste substraat 52 strooktransmissielijnen 64a-64j zijn gevormd, welke zich bevinden tussen de top van elk van de driehoekige aanpassingssecties 62a en een overeenkomstige poort van de 10 bundelpoorten 14a-14j. Op een soortgelijke wijze bezit slechts de sub-staat 52 aan het binnenoppervlak daarvan strooktransmissielijnen 65a-65j, welke zich bevinden tussen de top van elk van de driehoekige aanpassingssecties 62b, die op de substraat 52 zijn gevormd, en een overeenkomstige poort van de stelselpoorten 16a-16j. Zoals aangegeven, is 15 hierbij de geleidende ondersteuningsflens 40 van de toevoerinrichting 30 elektrisch verbonden met de geaard-vlakgeleider 54, die op de diëlek-trische substraat 50 is gevormd. Het gedeelte van de geleider 54 en het gedeelte van het diëlektricum van de substraat 50, dat zich onder het midden van de coaxiale verbindingsjinrichting 30 bevindt, is verwijderd, 20 hier weggeboord, voor het vormen van een cilindrisch compartiment 45 voor het opnemen van de centrale geleider 44. Derhalve voert de toevoer-. inrichting 30 de energie direkt aan het parallelle-plaatgebied 32 toe volgens de TEM-modus, waarbij het elektrische veld van deze energie binnen de gebieden 47, 49 aanwezig is, welke zich bevinden tussen de onder-25 ling verbonden strookgeleiderschakelingen 58, 60 en de geleiders 54, 56. Het is gebleken, dat slechts een enkele toevoerinrichting 30 behoeft te worden gebruikt voor het verschaffen van een brede bundel en ook, dat de centrale geleider 44 zich of over een gedeelte in het diëlektricum 50 van het parallelle-plaatgebied 32 (d.w.z., dat het uiteinde van de 30 centrale geleider zich op een afstand van de schakeling 58 bevindt) of zich volledig door het diëlektricum 50 kan uitstrekken, zodat het uiteinde van de centrale geleider 44 fysiscii (en derhalve elektrisch) contact maakt met de strookgeleidende schakeling 58, welke aan het binnenoppervlak van de substraat 50 is gevormd. De doordringingsdiepte in het di-35 elektricum 50 van de centrale geleider 44 is een functie van de gewenste mate van koppeling. De toevoerinrichting 30 zal normaliter langs de as " ' - *ς i : v - ' y -5- 1 34 (fig. 1) van de lens 12 zijn opgesteld. De plaats van de inrichting langs deze as 34 wordt empirisch bepaald voor het verschaffen van een optimale brede bundel over het frequentiegebied, waarover de lens moet werken.

5 Men kan andere toevoerinrichtingen dan de coaxiale verbindings- inrichting 30 gebruiken. Zo wordt bijvoorbeeld verwijzende naar de fig. 4 en 5, een andere toevoerinrichting 30' gebruikt. Hier bestaat, deze toevoerinrichting 30' uit een strook-transmissielijntoevoer-inrichting met een paar diëlektrische substraten 80, 82, elk voorzien 10 van buitenste geaard-vlakgeleiders 84 resp. 86, die op de buitenoppervlakken daarvan als bekleding zijn aangebracht en elk op de binnenopper-vlakken daarvan voorzien van een strookgeleider 88, 90. De strookgelei-ders 88, 90 bevinden zich op een gebruikelijke wijze op elkaar. In de diëlektrische substraat 50, de geleiders 54 en de geleider 86 is een 15 koppelgleuf 100 gevormd. Een geleidende achterwand 92 is om de uiteinden van het diëlektricum 80, 82 aangebracht om de geleiders 84, 86 elektrisch te verbinden. Een driehoekige radiofrequentie-energie-absorptieinrich-ting 94 bevindt zich tussen de uiteinden van de strookgeleiders 88, 90 en de achterwandgeleider 92 voor het verschaffen van een aangepaste be-20 lasting voor de strooktransmissielijn. Derhalve wordt radiofrequente energie, welke vanuit het radarstelsel 33 via de kabel 35 aan de strooktransmissielijn wordt toegevoerd, direkt via de gleuf 100 aan het paral-lelle-plaatgebied 32 toegevoerd. (Opgemerkt wordt, dat in plaats van de absorptieinrichting 94 een gebruikelijke weerstand van 50 ohm op een 25 plaatje kan worden gebruikt voor een aanpassing aan de strooktransmissielijn) .

Derhalve wordt opgemerkt, dat bij elke toevoerinrichting, 30,30', aangezien deze toevoerinrichting 30, 30' zich bevindt in een punt binnen het parallelle-plaatgebied 32, een brede bundel 27 (fig. 1) wordt 30 verkregen uit energie, welke via versterkers 22a-22j aan alle stelsel-elementen 18a-18j wordt toegevoerd.

Het is duidelijk, dat binnen het kader van de uitvinding verschillende wijzigingen mogelijk zijn. Ofschoon het antennestelsel hier is weergegeven als een zendstelsel, kan het stelsel op een eenvoudige 35 wijze worden gemodificeerd tot een ontvangstelsel door de versterkers te verwijderen en de stelselpoorten direkt met de stelselantenne- ’ — \

» ·. - - D C

Λ .J » * -7- . f elementen te koppelen. De toevoerinrichting 30, 30', welke direkt met het parallelle-plaatgebied is gekoppeld, ontvangt derhalve energie over een brede bundel, zoals bij een zoekmodus, en de bundelpoorten 14a-14j worden gebruikt voor het bepalen van de aankomsthoek. van de ontvangen 5 energie zoals bij een naloopmodus. De naloopmodus kan worden ingeleid in responsie op gedetecteerde energie, die tijdens de zoekmodus door de toevoerinrichting 30, 30' wordt ontvangen.

Claims (3)

1. Radiofrequentie-antennestelsel gekenmerkt door een radiofre-quentielens met een parallel-plaatgebied waarbij langs tegenover elkaar gelegen omtreksgedeelten daarvan een aantal stelselpoorten en een aantal bundelpoorten aanwezig is, waarbij deze stelselpoorten zijn gekop- 5 peld met een stelsel van antenne-elementen, die zodanig zijn opgesteld, dat wordt voorzien in een aantal verschillend gerichte, betrekkelijk smalle, gecollimeerde bundels van radiofrequente energie uit een gemeenschappelijke opening, waarbij elk van deze bundels samenwerkt met een overeenkomstige poort van het aantal bundelpoorten, en organen om radio-10 frequente energie direkt aan het parallelle-plaatgebied toe te voeren teneinde uit de gemeenschappelijke opening een relatief brede bundel van radiofrequente energie te verschaffen.

2. Stelsel volgens conclusie 1 gekenmerkt door een aantal versterkers, waarbij elk van deze versterkers tussen een stelselpoort en 15 een overeenkomstig element van de antenne-elementen is gekoppeld.

3. Stelsel volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de koppel-organen zijn voorzien van organen om energie volgens de TEM-modus aan het parallelle-plaatgebied toe te voeren. ,.-. ·.» Λ ··* «Τ' : J *. . · *· / *.i · *4. / w*