NO177076B - Ortogonalt polarisert, dobbeltbånds tryktkretsantenne med strålingselementer som er kapasitivt koplet til mateledninger - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en ytterligere forbedring ved en rekke oppfinnelser som er utviklet av de foreliggende oppfinnere og som angår tryktkretsantenner med elementer som er kapasitivt koplet til hverandre, og særlig to antenner hvor matingen eller •tilførselen til strålingselementene er koplet kapasitivt i stedet for direkte. Den første i denne rekke av oppfinnelser, som ble oppfunnet av den ene av de foreliggende oppfinnere, resulterte i US patent nr. 4 761 654. En forbedring av den antenne som er vist i dette patent, er beskrevet i US-patentskrift nr. 5 005 019.

Den antenne som er beskrevet i ovennevnte US-patent-skrifter, tillot at enten lineær eller sirkulær polarisasjon kunne oppnås med en eneste mateledning til strålingselementene. De viste antenner omfattet en eneste oppstilling eller gruppering av strålingselementer, og en eneste oppstilling av mateledninger. Den ene av forbedringene som oppfinnerne utviklet, var å tilveiebringe en konstruksjon ved hjelp av hvilken to lag av mateledninger og to lag av strålingselementer kunne tilveiebrin-ges i en eneste antenne, hvilket muliggjorde at ortogonalt polariserte signaler kunne genereres uten forstyrrelse mellom de to oppstillinger. US-patentskrift 4 929 959 viser en sådan konstruksj on.

Etter å ha utviklet en ortogonalt polarisert dobbelt-båndsantenne er forskjellige eksperimenter blitt utført med forskjellige former på strålingselementer og antennekonfigurasjo-ner. US-patent 4 926 189 er rettet på en sådan oppstilling som benytter gitterforsynte (gridded) antenneelementer.

Arbeidet på dobbeltpolariserte tryktkretsantenner. resulterte i tilveiebringelsen av en oppstilling eller gruppering som kunne virke i to polarisasjonsretninger, idet en nedre oppstilling av antennen i prinsipp var i stand til å "se gjennom" den øvre oppstilling. Den forbedring som er representert ved den foreliggende oppfinnelse, er å bygge ut eller utvide dette konsept.

Når det gjelder annen kjent teknikk på det aktuelle område, viser eksempelvis GB-patentsøknad 2 219 143 A et dobbeltpolarisasjonsarrangement omfattende et jordplan, en første effektdeleroppstilling, en andre oppstilling av strålingselementer, en andre effektdeleroppstilling med mateledninger som står ortogonalt på mateledningene i den første del av den første effektdeleroppstilling, og en andre oppstilling av strålingselementer. Forsterkningskarakteristikkene i de respektive områder, som er vist på fig. 7 og 8 i denne publikasjon, er like over hele det samme frekvensbånd.

Videre viser US-patentskrift 4 450 449 en tryktkretsantenne omfattende et jordplan, et første lag av elementer, og et andre lag av elementer. Elementene i henholdsvis de første og andre lag er sammenkoplet ved hjelp av ledere som ligger i det samme plan som de respektive lag. I patentskriftet er det referert til operasjon av de forskjellige elementer i de respektive oppstillinger på forskjellige frekvenser, men ikke til operasjon eller drift i frekvensbånd, og heller ikke til forsterkningskarakteristikkene for drift av elementene innenfor disse bånd.

På bakgrunn av ovenstående er det et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en plan dobbeltbånds-antenneoppstilling som har høy ytelse, er lett av vekt og har lave omkostninger. Oppfinnerne har funnet at anvendelse av visse typer av antenneelementer for de øvre og nedre oppstillinger muliggjør drift i to forskjellige, distinkte frekvensbånd fra en eneste strålingsoppstillingsstruktur.

Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebrakt en dobbeltpolarisert tryktkretsantenne omfattende et jordplan, en første effektdeleroppstilling som er anbrakt over og kapasitivt koplet til jordplanet, en første oppstilling av strålingselementer som er anbrakt over og kapasitivt koplet til den første effektdeleroppstilling, en andre effektdeleroppstiling som er anbrakt over og kapasitivt koplet til den første oppstilling av strålingselementer, og en andre oppstilling av strålingselementer som er anbrakt over og kapasitivt koplet til den andre effektdeleroppstilling, hvilken antenne er kjennetegnet ved at den første oppstilling av strålingselementer omfatter en oppstilling av strålingselementer som er slik utformet at de opererer innenfor et første frekvensbånd, og den andre oppstilling av strålingselementer omfatter en omstilling av strålingselementer som er slik utformet at de opererer innenfor et andre frekvensbånd som ikke overlapper det første frekvensbånd, og at den andre oppstilling av strålingselementer har en forsterkning som er minst 3,0 dB mindre enn en forsterkning for den første oppstilling av strålingselementer over hele det første frekvensbånd, og den første oppstilling av strålingselementer har en forsterkning som er minst 3,0 dB mindre enn en forsterkning for den andre oppstilling av strålingselementer over hele det andre frekvensbånd .

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et utspilt riss av dobbeltfrekvensantennen ifølge oppfinnelsen, og fig. 2-8 viser grafiske fremstillinger av den målte ytelse av en 16-elementers dobbeltbåndsoppstilling.

Idet det henvises til fig. 1, omfatter strukturen ifølge oppfinnelsen, slik som også beskrevet i de nevnte US-patentskrif ter nr. 4 926 189 og 4 929 959, fem sjikt eller lag. Det første lag er et jordplan 1. Det andre lag er en høyfre-kvens -ef f ektdeler 2, med de individuelle effektdelerelementer anbrakt i en første orientering. Det neste lag er en oppstilling av høyfrekvens-strålingselementer 3. Disse tre lag danner til sammen den første driftsbånd-oppstilling Bl i hvilken lagene 1 og 3 danner jordplanet for effektdeleren 2.

Oppstillingens driftsfrekvens er diktert av dimensjonen på strålingselementene og effektfordelingsnettverket. Oppstil-lingen av høyfrekvenselementer 3 vil ha fysisk mindre strålings-slisser enn de som benyttes i lavfrekvensoppstillingen. Den viktigste kontrollerende faktor for slissenes resonansfrekvens er elementets ytre dimensjon (radius eller side). Denne dimensjon er omvendt proporsjonal med driftsfrekvensen. Som en tommelfingerregel for et sirkulært formet element er diameteren omtrent halvparten av driftsbølgelengden. For et kvadratisk eller rektangulært element er en side (den lengste side for et rektangel) omtrent halvparten av driftsbølgelengden. De som er fagfolk på området, vil innse at de virkelige dimensjoner kan variere noe, ifølge de tidligere angitte forskrifter.

Effektdeleren 2 kan bestå av impedansomformende avsnitt ved T-overgangene hvor ef f ektdelingen foretas. Disse omformings-avsnitt har typisk en lengde på A/4, hvor X refererer seg til bølgelengden ved drif tsf rekvensen. Omformerlengden vil også være omvendt proporsjonal med driftsfrekvensen.

Anbrakt over høyfrekvenselementene 3 finnes en lavfrek vens-effektdeleroppstilling 4, med de individuelle effektdelerelementer anbrakt ortogonalt i forhold til elementene i effektdeleren 2. Over lavfrekvens-effektdeleren 4 finnes en andre oppstilling av strålingselementer 5, idet disse elementer 5 er lavfrekvens-strålingselementer. Lagene 3-5 danner til sammen en andre driftsbånd-oppstilling B2 hvor lagene 3 og 5 tilveiebringer jordplanet for effektdeleren 4. Elementformgivningene i lagene 3 og 5 er utformet på hensiktsmessig måte for å minimere både strålingsvekselvirkning mellom de nedre og øvre oppstillinger, og kopling mellom de to effektfordelingsnettverk.

Slik som foran omtalt, vil den fysiske størrelse av elementene i laget 5 bestemme driftsfrekvensen. Elementene i lavfrekvensoppstillingen 5 vil være større enn elementene i høyfrekvensoppstillingen 3. Omformeravsnittene innenfor lavfrekvens-effektdelernettverket vil være lengre enn de avsnitt som benyttes i høyfrekvensdeleren, men for øvrig kan delernett-verkene være like i utforming.

Alle lag 1-5 kan være atskilt av hvilket som helst passende dielektrikum, fortrinnsvis luft, for eksempel ved å tilveiebringe Nomex cellestruktur (honeycomb) mellom lagene.

Den struktur som er vist på fig. 1, viser utformingen og oppbygningen for en dobbeltbånds, lineært polarisert flat-plate-oppstilling. Lineær polarisasjon er diktert av strålingselementene. Sirkulær polarisasjon kan frembringes ved å velge de riktige elementer med forstyrrelsessegmenter, slik som beskrevet for eksempel i US-patentskrift nr. 5 005 019. US-patentskrif t nr. 4 929 959 viser også eksempler på sådanne elementer.

Den målte ytelse til en 16-elements, lineær dobbeltbåndsoppstilling er vist på fig. 2-8. For den ene polarisasjonsretning er båndet av interesse 11,7-12,2 GHz, og for den andre, ortogonale polarisasjonsretning er båndet av interesse 14,0-14,5 GHz. Fig. 2 viser inngangsreturtapet eller inngangsretur-dempningen for begge polarisasjonsretninger (i hvert tilfelle er inngangstilpasningen meget god over et bredt bånd, slik det fremgår av figuren). Fig. 3 viser den tilsvarende strålingsfor-sterkning for hver polarisasjon. Slik som vist på figuren, stråler begge polarisasjonsretninger meget effektivt og over et bredt bånd, og strålingsef fektiviteten eller strålingsvirknings-

graden for hver er sammenliknbar.

Fig. 4 viser port-til-port-isolasjonen eller oppstil-lingsnettverksisolasjonen. Isolasjonen er tilstrekkelig høy til å sikre at de to oppstillinger er praktisk talt avkoplet, og virker slik det kreves på uavhengig måte. Fig. 5-8 viser en tilsvarende, sveipstyrt på-akse-krysspolarisasjon og strålings-mønstre for hvert frekvensbånd, og demonstrerer effektiviteten eller virkningsgraden av strålingsoppstillingen, og den lave utstrålte krysspolarisasjon.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet under henvisning til en spesiell, foretrukket utførelse, vil forskjellige modifikasjoner innenfor oppfinnelsens ånd og ramme være åpenbare for fagfolk på dette tekniske område. For eksempel, selv om de foregående, målte data som er vist på figurene, ble tilveiebrakt med hensyn til spesielle frekvensbånd, representerer oppfinnelsen en konstruksjon som kan realiseres for hvilke som helst to atskilte frekvensbånd, og for hvilken som helst oppstillingsstør-relse og hvilket som helst antall av elementer.

Claims (6)

1. Dobbeltpolarisert tryktkretsantenne omfattende et jordplan (1), en første effektdeleroppstilling (2) som er anbrakt over og kapasitivt koplet til jordplanet (1), en første oppstilling av strålingselementer (3) som er anbrakt over og kapasitivt koplet til den første effektdeleroppstilling (2), en andre effektdeleroppstilling (4) som er anbrakt over og kapasitivt koplet til den første oppstilling av strålingselementer (3), og en andre oppstilling av strålingselementer (5) som er anbrakt over og kapasitivt koplet til den andre effektdeleroppstilling (4), KARAKTERISERT VED at den første oppstilling av strålingselementer (3) omfatter en oppstilling av strålingselementer som er slik utformet at de opererer innenfor et første frekvensbånd, og den andre oppstilling av strålingselementer (5) omfatter en oppstilling av strålingselementer som er slik utformet at de

opererer innenfor et andre frekvensbånd som ikke overlapper det første frekvensbånd, og at den andre oppstilling av strålingselementer har en forsterkning som er minst 3,0 dB mindre enn en forsterkning for den første oppstilling av strålingselementer over hele det første frekvensbånd, og den første oppstilling av strålingselementer har en forsterkning som er minst 3,0 dB mindre enn en forsterkning for den andre oppstilling av strålingselementer over hele det andre frekvensbånd.

2. Antenne ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den er innrettet med det andre frekvensbånd lavere enn det første frekvensbånd .

3. Antenne ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at de første og andre effektdeleroppstillinger (2, 4) omfatter respektive effektdeleroppstillinger for mating av de første og andre oppstillinger av strålingselementer ved frekvenser innenfor hhv. de første og andre frekvensbånd.

4. Antenne ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at elementene i den første oppstilling av strålingselementer er mindre enn elementer i den andre oppstilling av strålingselementer.

5. Antenne ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at de første og andre effektdeleroppstillinger omfatter T-overganger og impedansomformingsavsnitt, idet impedansomformingsavsnittene i den andre effektdeleroppstilling er lengre enn impedansomformingsavsnittene i den første effektdeleroppstilling.

6. Antenne ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at det første frekvensbånd er 14,0 - 14,5 GHz, og det andre frekvensbånd er 11,7 - 12,2 GHz.