NL8802499A - Planaire antenne. - Google Patents

Description

, NL 35.409-dV/lb Planaire antenne.

De uitvinding heeft betrekking op een planaire antenne, meer in het bijzonder op een planaire antenne voor circulair gepolariseerde golven en goede kruispolarisatie-eigenschappen over een grote bandbreedte.

5 Dergelijke planaire antennes worden gebruikt voor de interferentievrije ontvangst van circulair gepolariseerde golven, die op de SHF-band, in het bijzonder 12 GHz band, worden uitgezonden door een geostationaire omroepsatelliet, die in de ruimte is gebracht en zich 36.000 km boven het aard-10 oppervlak bevindt.

Hoewel paraboolantennes, die op het dak of overeenkomstige plaatsen van woonhuizen worden opgezet, gewoonlijk werden gebruikt voor de ontvangst van circulair gepolariseerde golven van een geostationaire satelliet, hebben parabool-15 antennes het nadeel, dat zij bij sterke wind gemakkelijk omlaag vallen vanwege hun omvangrijke driedimensionale afmeting, zodat aanvullende middelen moeten worden gebruikt voor een stabiele opstelling. Dergelijke installatiehulpmiddelen brengen hoge kosten met zich mee, alsmede lastige installatie-20 werkzaamheden.

Teneinde deze problemen van de paraboolantenne te ondervangen is in de Japanse terinzage gelegde octrooiaanvrage 99803/1982 (overeenkomende met het Amerikaanse octrooi-schrift 4.475.107 of het Duitse Offenlegungsschrift 3.149.002) 25 een planaire antenne beschreven, die een volledig vlakke vormgeving heeft, waardoor de constructie sterk vereenvoudigd kan worden en de antenne direkt op de buitenwand of dergelijke van een woonhuis kan worden geplaatst. Hierdoor zijn de kosten van deze antenne aanzienlijk lager.

30 Voorts dient de planaire antenne een hoge verster king te hebben, waartoe wordt getracht de dempingsverliezen te reduceren. Bijvoorbeeld in de Britse octrooiaanvrage 87 03640 wordt een planaire antenne beschreven, waarbij het voedingscircuit en het stralingscircuit niet rechtstreeks 35 met elkaar zijn verbonden maar elektromagnetisch zijn gekoppeld voor de voeding van het stralingscircuit door het voedingscircuit. De beide circuits, alsmede een aardingsge- . 88024 99 - 2 - leider worden elk op een isolerende plaat ondersteund, waarbij een afstandsmiddel de elementen van elkaar gescheiden houdt. Op deze wijze kan het voedingscircuit in de verkregen ruimte worden geplaatst, teneinde het verlies te minimali-5 seren en de samenstelling te verbeteren. Het dempingsver-lies kan doeltreffend worden verlaagd.

Voorts is in de Britse octrooiaanvrage 87 19750 een planaire antenne beschreven, waarbij een stralingscircuit van een aantal sleuven is voorzien, in elk waarvan een 10 vlakelement is geplaatst, waarbij het stralingscircuit ter plaatse van de vlakelementen in de sleuven elektromagnetisch is gekoppeld met tegenoverliggende voedingsklemmen van een voedingscircuit, teneinde het verlies verder te verlagen en de samenstelling te verbeteren.

15 Volgens de beide bovengenoemde octrooiaanvragen is het mogelijk het dempingsverlies te verlagen en de samenstelling te verbeteren, waardoor de antenne in massa kan worden geproduceerd terwijl de bedrijfsband gewoonlijk beneden 300 Hz ligt en de kruispolariteitséigenschappen op slechts 20 ongeveer 20 dB worden gehouden. Er bestaat echter behoefte aan in dit opzicht verbeterde planaire antennes.

De uitvinding beoogt derhalve een planaire antenne te verschaffen, waarmede niet alleen een hoge antennever-sterking wordt verkregen en een uitstekende samenstelling 25 mogelijk is, maar waarbij ook de bedrijfsband kan worden uitgebreid en de kruispolariteitseigenschappen aanmerkelijk zijn verbeterd.

Volgens de uitvinding wordt dit bij een antenne van de beschreven soort bereikt, doordat de stralingselementen 30 van het stralingscircuit paarsgewijs zijn gerangschikt, waarbij de stralingselementen van elk paar onderling over 90° zijn verdraaid en verschillende afmetingen hebben en de stralingselementen van elk paar worden gevoed via de voedingsklemmen van het voedingscircuit met een onderling fasever-35 schil van 90°.

De uitvinding wordt hierna nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin enkele uitvoeringsvoorbeelden zijn * 8802499 Λ - 3 - weergegeven.

Fig. 1 toont een perspectivisch aanzicht van een uitvoeringsvorm van de planaire antenne volgens de uitvinding, waarbij de verschillende onderdelen gescheiden van elkaar 5 zijn afgeheeld en gedeeltelijk zijn weggelaten;

Fig. 2 is een gedeeltelijk weergegeven perspectivisch aanzicht op grotere schaal van de planaire antenne uit fig. 1;

Fig. 3 is een gedeeltelijk weergegeven bovenaan-10 zicht van de planaire antenne uit fig. 1 op grotere schaal;

Fig. 4 is een gedeeltelijk weergegeven doorsnede op grotere schaal van de planaire antenne uit fig. 1;

Fig. 5 is een grafiek, waarin de meetresultaten van de axiale verhoudingen van stralingselementparen met 15 vier verschillende afmetingen zijn weergegeven; en de fig. 6-10 tonen gedeeltelijk weergegeven bovenaanzichten van een stralingselement van verschillende uitvoeringen van de planaire antenne volgens de uitvinding.

In de fig. 1-4 is een planaire antenne 10 weerge-20 geven, die is voorzien van een stralingscircuitplaat 11, een voedingscircuitplaat 12 en een aardingsgeleiderplaat 13.

De stralingscircuitplaat 11 omvat een stralingsnetwerk 14 uit een laag geleidend materiaal, zoals koper, aluminium, astatine, ijzer, goud of dergelijke, die is gevormd op een 25 oppervlak van een kunstharslaag 15 en zonodig aan de bovenzijde is bekleed met kunsthars. De voedingscircuitplaat 12 omvat een voedingsnetwerk 16 uit een laag van het zelfde geleidende materiaal als dat van het stralingsnetwerk 14, en dat eveneens is gevormd op een oppervlak van een kunsthars-30 laag 17 en zonodig aan de bovenzijde is bekleed met een kunsthars. De aardingsgeleiderplaat 13 is als één geheel uit bijvoorbeeld het zelfde materiaal gevormd als het stralingsnetwerk 14 en zonodig aan de boven- en onderzijde bekleed is met een kunsthars.

35 Tussen de stralingscircuitplaat 11 en de voedings circuitplaat 12, alsmede tussen de voedingscircuitplaat 12 en de aardingsgeleiderplaat 13 bevinden zich afstandshouders 18 en 19 uit bijvoorbeeld een kunsthars, bij voorkeur een schuim- . 8802491 - 4 - kunststof, dat roostervormig is uitgevoerd, zoals in fig. 1 is weergegeven, teneinde ruimten 20 en 21 te bepalen.(zie fig.

4).In dit geval bevindt zich een gas, in het bijzonder lucht, in de ruimten 20 en 21, dat als diëlektrisch element 5 met gering verlies werkzaam is.

Op of boven het bovenoppervlak of voorvlak, dat als antenne-oppervlak van de planaire antenne 10 werkt, kan desgewenst een koepel zijn aangebracht, die in hoofdzaak uit een schuimkunststof is vervaardigd, dat voor elektrische gol-10 ven doorlatend is, teneinde het oppervlak af te dekken en te beschermen, aangezien de antenne mogelijk buitenshuis kan worden geïnstalleerd. Door deze afdekking door de koepel kan, niet alleen het antenne-oppervlak maar zelfs de gehele planaire antenne 10 een hoge sterkte worden gegeven en is 15 het mogelijk op doelmatige wijze te voorkomen, dat de hoogte van de ruimten 20 en 21 afneemt.

Het stralingsnetwerk 14 op de stralingscircuit-plaat 11.is voorzien van vele stralingselementen, die volgens de uitvinding zijn uitgevoerd als een aantal paren stralings-20 elementen 23 en 23A. Zoals in fig. 3 in detail is weergegeven, zijn de stralingselementen 23 en 23A van elk paar voorzien van een paar sleuven 24 en 24a, die in de geleidende laag van het stralingsnetwerk 14 zijn gevormd, en een paar vlakelementen 25 en 25a, die respectievelijk in de sleuven 24 en 24a zijn 25 geplaatst. Voorts is het paar stralingselementen 23 en 23A zodanig uitgevoerd, dat de elementen ten opzichte van elkaar over 90° zijn verdraaid in de rotatierichting van het polari-satievlak van de circulair gepolariseerde golven, en hebben de elementen verschillende afmetingen. De elementen 23 en 23A 30 zijn elektromagnetisch gekoppeld met een paar voedingsklem-men 26 resp. 26a van het voedingsnetwerk 16 op de voedings-circuitplaat 12. Meer in het bijzonder zijn de sleuf en het hierin geplaatste vlakelement 25 van het stralingselement 23, dat wordt verondersteld te zijn gelegen aan de zijde, 35 die in fase is vertraagd in de rotatierichting van het pola-risatievlak van de circulair gepolariseerde golven, bij voorkeur 1 tot 7% kleiner uitgevoerd in oppervlak dan de sleuf 24a en het vlakelement 25a van het andere stralingselement . 8802.491 - 5 - 23A, dat aan de in fase voorijlende zijde is gelegen.

In dit geval zijn de sleuven 24 en 24a, welke bij dit voorbeeld rechthoekig zijn, zodanig geplaatst, dat volgens fig.

3 de sleuven 24 van het ene stralingselement met zijn langs-5 as horizontaal ligt, terwijl de sleuf 24a van het andere stralingselement 23A verticaal met zijn langsas ligt en een groter oppervlak heeft dan de sleuf 24. Voorts zijn de beide vlakelementen 25 en 25a met een langgerekte hexagonale vorm uitgevoerd door twee diagonaal tegenover elkaar liggende 10 hoeken van een rechthoekig gevormde geleiderlaag welke zich in het midden van de sleuf 24 of 24a bevindt, af te snijden, waarbij het vlakelement 25a van het stralingselement 23A een groter oppervlak heeft dan het vlakelement 25 van het stralingselement 23.

15 De voedingsklemmen 26 en 26a van het voedingsnet- werk 16 zijn zodanig gelegen, dat zij naast de elektromagnetische koppeling met de respectieve tegenover liggende vlakelementen 25 en 25a van de stralingselementen 23 en 23A, de voeding van het paar stralingselementen 23 en 23A ver-20 zorgen met een onderling faseverschil van 90°. De voedingsklemmen 26 en 26a verlopen zodanig op de voedingscircuit-plaat 12, dat zij zoals in fig. 3 met een streeplijn is aangegeven gezien van boven het stralingsnetwerk 14, althans nagenoeg in het midden van de sleuven 24 en 24a lig-25 gen in een positie, die de beide vlakelementen 25 en 25a overlapt in de diepterichting van de antenne. De ene voe-dingsklem 26 loopt vanaf een T-vormige aftakking 16a van het voedingsnetwerk 16 in drie bochten, zodat een U-vorm wordt verkregen, terwijl de andere voedingsklem 26a vanaf de af-30 takking 16a in tegengestelde richting vanaf de klem 26 loopt en tweemaal is gebogen tot een L-vorm. Voor het minimaliseren van het transmissieverlies is gebleken, dat het de voorkeur verdient van de bochten 27, 27a en 27b van de klem 26 alsmede de bochten 28 en 28a van de andere klem 26a, 35 de bochten 27, 27a en 28 afwijkend van de bochten 27b en .

28a nabij de vrije uiteinden van de respectieve klemmen 26 en 26a aan de binnenrand af te ronden en aan de buitenrand diagonaal vlak te maken.

e Si0249 9 - 6 -

Axiale verhouding, die de circulair gepolariseerde golfeigenschappen voorstelt, is gemeten voor stralingsnet-werken, waarbij ten opzichte van het ene stralingselement 23 de afmeting van het andere stralingselement 23A is. geva-5 rieerd, zodat deze 0%, 1%, 4% en 7% groter was, waarbij het meetresultaat is weergegeven in fig. 5 met respectievelijk de krommen O, P, Q en R. De laatste drie voorbeelden P, Q en R tonen kleinere waarden voor de axiale verhouding dan die van het eerste voorbeeld met 0% afmetingsverschil 10 en derhalve aanmerkelijk verbeterde circulaire gepolariseerde golfeigenschappen, waardoor de bedrijfsbandbreedte kan worden vergroot. In de praktijk is gebleken, dat door het op de juiste wijze instellen van de onderlinge afmetings-verhouding tussen de beide stralingselementen 23 en 23A een 15 versterkingsfluctuatie kan worden bereikt van ± 0,3 dB en een axiale verhoudingsfluctuatie van ± 0,5 dB over een groot bereik van 800 MHz.

Voorbeeld 1 20 Het stralingsnetwerk 14 werd gevormd op een buig zame op de markt verkrijgbare circuitdrager, in welk netwerk de sleuven 24 en de vlakelementen 25 met hexagonale vorm door een etsproces werden gevormd. De sleuven hadden een lange zijde van 15 mm en een korte zijde van 13 mm. De vlakelementen 25 werden gevormd door diagonaal tegenover 25 elkaar liggende hoeken van een vierkante vorm met een zijde van 8 mm in de sleuven 24 af te snijden. De andere stralingselementen 23A werden over 90° geroteerd in de rotatierichting van het polarisatievlak ten opzichte van de stralingselementen 23 gevormd en met een grotere afmeting van ongeveer 5%.

30 Deze stralingselementen 23 en 23A werden in 28 paren op de flexibele drager gevormd. Het voedingsnetwerk 16 werd op de zelfde wijze gemaakt op een zelfde type flexibele drager als die van het stralingsnetwerk 14 en eveneens door een etsproces, zodanig dat de klemmen 26 en 26a de U-vorm res-35 pectievelijk de L-vorm vanaf de T-vormige aftakkingen 16a hadden, teneinde de elektromagnetische koppeling met de respectieve stralingselementen 23 en 23A met een faseverschil van 90° te verkrijgen. ., De aardingsgeleiderplaat 13 werd cft&02.499 - 7 - vervaardigd uit een op de markt verkrijgbare aluminiumplaat met een dikte van 2 mm. De planaire antenne werd vervaardigd door op de aardingsgeleiderplaat 13 de voedingscircuit-plaat 12 met het voedingsnetwerk 16 en de stralingscircuit-5 plaat 11 met het stralingsnetwerk 14 te plaatsen, waarbij een geschuimd polyethyleenvel als afstandshouder van de di-elektrische laag werd tussengevoegd.

Met deze planaire antenne kon een versterking van 31,5±0,2 dBi bij een axiale verhouding van 0,9±0,4 dB wor-10 den bereikt bij een bedrijfsband van 11,7 tot 12,2 GHz.

Voorbeeld 2

Een planaire antenne werd op de zelfde wijze vervaardigd als bij voorbeeld 1, waarbij echter een honingraatvormig of roostervormig geschuimd polyethyleenvel met vele 15 holten werd gebruikt voor de diëlektrische lagen.

Met deze planaire antenne kon een vergroting van de bedrijfsband worden bereikt van 11,6 tot 12,4 GHz.

Voorbeeld 3

Een planaire antenne werd op de zelfde wijze ver-20 vaardigd als bij voorbeeld 1, waarbij echter voor de afstands-houders 18 en 19 een raamvormig element werd gebruikt, zodat de ruimten 10 en 21 ononderbroken over de respectieve circuitzones van de platen 11 en 12 verlopen. Deze afstands-houders werden zowel tussen de stralingscircuitplaat 11 en de 25 voedingscircuitplaat 12 als tussen de voedingscircuitplaat 12 en de aardingsgeleiderplaat 13 aangebracht.

Met deze planaire antenne 10 konden de zelfde eigenschappen als de antenne volgens voorbeeld 2 worden verkregen.

Van het stralingselement kunnen de sleuf of het 30 vlakelement of beiden verschillende vormen worden gegeven.

Zoals bijvoorbeeld in fig. 6 is weergegeven, kan een vlakelement 35 in een rechthoekige sleuf 34 van een stralingselement 33 dunner zijn uitgevoerd dan bij het hierboven beschreven uitvoeringsvoorbeeld. Volgens fig. 7 kan een stralingselement 35 43 een sleuf 44 met vierkante vorm hebben, waarbij een vlak element 45 eveneens vierkant is uitgevoerd met op de diagonaal tegenover elkaar liggende hoeken een uitsteeksel. Volgens fig.

* - 8 -t 8 zijn een sleuf 54 en een vlakelement 55 beide cirkelvormig uitgevoerd, waarbij het cirkelvormige vlakelement 55 diametraal tegenover elkaar liggende inkepingen heeft. In fig.

9 is een cirkelvormig vlakelement 65 aangebracht in 'een 5 cirkelvormige sleuf 64 en voorzien van diametraal tegenover elkaar liggende uitsteeksels. Tenslotte is in fig. 10 een stralingselement 73 weergegeven, dat een vierkante sleuf 74 heeft, waarin een pentagonaal vlakelement 75 is aangebracht, waarvan een hoek is gericht naar het midden van een aangren-10 zende zijde van de vierkante sleuf 74.

Ten aanzien van de voedingsklemmen 26 en 26a van het voedingsnetwerk 16 wordt opgemerkt, dat elke andere vorm dan de beschreven vorm kan worden gebruikt, zolang de voeding van de respectieve paren stralingselementen 23 en 15 23A met een faseverschil van 90° wordt bereikt. Gebleken is dat de beschreven vorm, waarbij de klemmen achtereenvolgens althans nagenoeg over rechte hoeken zijn gebogen, doelmatig is, doordat de aldus gebogen klemdelen van het voedingsnetwerk werken alsof zij deel uitmaken van het stralingsr 20 netwerk en uitstekende ontvangsteigenschappen voor cirkelvormig gepolariseerde golven werden verkregen.

.S&01499

Claims (6)

1. Planaire antenne voor de ontvangst van gepolariseerde golven, die op de SHF-band door een satelliet worden uitgezonden, waarbij een stralings- en een voedingscir-cuit uit geleidend materiaal en een aardingsgeleider onaf- 5 hankelijk van elkaar zijn aangebracht met tussenliggende lagen diëlektrisch materiaal, waarbij het stralingscircuit is voorzien van stralingselementen, die elk een sleuf omvatten, waarin een vlakelement is geplaatst en de vlakelemen-ten van het stralingscircuit elektromagnetisch zijn ge- 10 koppeld met voedingsklemmen van het voedingscircuit, met het kenmerk, dat de stralingselementen als een paar zijn aangebracht, waarbij de elementen van het paar 90° ten opzichte van elkaar zijn verdraaid en verschillende afmetingen hebben, waarbij de stralingselementen van het 15 paar worden gevoed via de voedingsklemmen van het voedingscircuit met een onderling faseverschil van 90°.

2. Antenne volgens conclusie 1, m e t h e t kenmerk, dat het stralingselement van een paar, dat aan de zijde van de vertraagde fase in de rotatierichting 20 van het polarisatievlak van de circulair gepolariseerde golven ligt, kleiner is dan het andere stralingselement, dat in fase voorligt.

3. Antenne volgens conclusie 2, m e t het kenmerk, dat het stralingselement aan de zijde van de 25 vertraagde fase ongeveer 1 tot 7% kleiner is uitgevoerd dan het andere stralingselement aan de zijde van de voorliggende fase.

4. Antenne volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het stralingscircuit een aantal paren 30 stralingselementen omvat.

5. Antenne volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de voedingsklemmen van het voedingscircuit zich in het vlak van het circuit uitstrekken en achtereenvolgens zijn gebogen, zodanig dat zij zich elk 35 over een sleuf uitstrekken en tegenover het betreffende vlak- .3802419 - 10 - » element liggen.

6. Antenne volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de voedingsklemmen van het voedingscir-cuit in paren zijn aangebracht, waarbij telkens één van de 5 klemmen vanaf een T-vormige aftakking van het circuit in een U-vorm is. gebogen, zodat het elektromagnetisch is gekoppeld met het stralingselement aan de zijde van de vertraagde fase en de andere klem in een L-vorm is gebogen, zodat deze elektromagnetisch is gekoppeld met het stralingselement aan de 10 zijde van de voorliggende fase. .8802499