NO326863B1

NO326863B1 - Anordning for a eksitere en sentralt fokusert reflektorantenne

Info

Publication number: NO326863B1
Application number: NO20034685A
Authority: NO
Inventors: Frank E Woetzel
Original assignee: Frank E Woetzel
Priority date: 2001-04-21
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2009-03-02
Also published as: DE10291770D2; CA2444948A1; DE50200764D1; WO2002087018A1; DE20107294U1; KR100896113B1; IL158492A; EP1384287B1; CA2444948C; NO20034685D0; US20040130498A1; DK1384287T3; NO20034685L; ES2225791T3; ATE272902T1; EP1384287A1; IL158492A0; KR20040004593A; PT1384287E; HRP20030859A2

Description

Den foreliggende oppfinnelsen relaterer seg til en anordning for å eksitere eller mate en sentralt fokusert reflektorantenne som omfatter en bølgeleder og en dielektrisk bærer.

Anordningen har spesielt anvendelse i kommunikasjonsteknologiområdet i stasjonære, bærbare og mobile sender/mottagersystemer som har elektromagnetiske høyfrekvens-strålingskilder, spesielt i geostasjonære og rombanesatelittsystemer, i mobile bakke og luftkilder så vel som i punkt til punkt radiooverføringstransmisjon eller punkt til multi-punktradiooverføringstransmisjon for sikkerhets-, radar- og ikke-kontaktende sensorut-styr.

Til anskueliggjøring av kjent teknikk nevnes DE 42 23 138 Al som beskriver en reflektorantenne med en bølgeleder i sentrum, hvor bølgelederen er en hulleder med en hulle-deråpning som er forsynt med en dielektrisk stråler for å mate reflektorantennen, idet den dielektriske stråler er utformet med en dielektrisk felttransformator, og hvor en dielektrisk bærer er anordnet i nærheten av nevnte transformator, uten å være elektrisk eller mekanisk forbundet med denne.

Tidligere kjente anordninger for å eksitere eller mate et sentralt fokusert reflektorantennesystem har brukt enten et korrugert horn eller et flatt utspilt bølgelederstykke, som et matesystem som befinner seg ved enden av bølgelederen.

Matesystemet er anordnet i fokalpunktet, fasesenteret til reflektorantennen og skal be-stråle dette på en optimal måte. Det er av spesiell betydning at bestrålingen av reflektoren i hovedsak er ensartet ved ensartet fasebruk.

Tidligere anordninger med det formål å mate eller eksitere et reflektorantennesystem og dets stråleskandering har benyttet et matesystem i reflektorantennens fokalpunkt eller et matesystem montert i nærheten av fokalpunktet, som består av diskrete strålingselementer eller en kombinasjon av en slik oppstilling ("array") matet av et annet system.

På grunn av funksjonalitetene til det korrugerte hornmatesystemet eller den flatt utspilte bølgelederen, oppnår ikke de kjente tekniske løsningene av denne grunn optimal feltfor-deling i reflektorsystemet og/eller optimal bestråling. Analogt gjelder dette også mate-systemer som er utformet for å påvirke antennens strålingsmønster, hvor det spesielt i dette tilfellet må aksepteres betydelige tap av forsterkning og systemkvalitet. Dette gjelder også undertrykking av uønskede sidelober.

Som et resultat av utformingsbegrensninger kan den nødvendige avtetting eller forseg-ling av bølgeledersystemet mot virkninger fra omgivelsene bare bli oppnådd ved bruk av ytterligere og kostbare komponenter som kan forårsake ytterligere forverring av matesystemets funksjonalitet. I tillegg kan de tidligere kjente matesystemene ikke bli kombinert med nedstrømsmoduler, slik som nedomfonnere, på en ikke-reaktiv måte. Dette betyr at det vil være generelt nødvendig med ytterligere arbeid for å tilveiebringe en optimal tilpasning mellom et slikt kjent matesystem og nedstrømsmodulen, innbefattende kostnadene involvert ved dette.

Det er derfor et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en kostnadseffektiv anordning for å mate eller eksitere sentralt fokuserte refiektorantenner på en feltoptimal bredbåndsmåte i deres fokalpunkt, fasesenteret, samtidig som det etableres en ikke-reaktiv forbindelse til nedstrømsmoduler og det forbedres omgivelsesavtetning av bølgelederen og, for å sikre en riktig tilpasning mellom matesystemet og den respek-tive reflektorgeometrien (f/D-forhold) for derved å påvirke utformingen av strålings-mønsteret innbefattende funksjonaliteten ved å endre feltfordelingen ved bølgelederen-den og spesielt med hensyn til refiektorsystemet, på en slik måte at det ikke forårsakes noen tilbakekobling inn i bølgelederen og derfor inn i nedstrømsmodulen.

I samsvar med oppfinnelsen oppnås dette formålet med en anordning som omfatter trekkene i patentkrav 1.

Foretrukne utførelser av anordningen i samsvar med oppfinnelsen er definert ved trekkene i kravene 2-6.

En spesiell fordel med anordningen i henhold til oppfinnelsen er at den sikrer at sentralt fokuserte refiektorantenner vil bli eksitert eller matet på en feltoptimal bredbåndsmåte ved deres fokalpunkter. Ingen mekanisk bevegede komponenter kreves som et resultat av den dielektriske felttransformatoren. Hele anordningen kan lett fremstilles på en kostnadseffektiv måte med høy mekanisk nøyaktighet, samtidig som den også har høy toleranse med hensyn til forskjellige omgivelsesforhold slik som temperatur, luftfuktig-het og aggressive media.

I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen tillater montering av en dielektrisk bærer i nærheten av den dielektriske felttransformatoren og montering av passive, lettstyrbare strålingskomponenter på den dielektriske bæreren, å endre felttransforrnatorens bred-båndsmatefelt samtidig som tap og felt optimaliseres, uten at det kreves mekanisk forskjøvne komponenter og uten at det er nødvendig å forbinde den dielektriske bæreren mekanisk med felttransformatoren.

Andre fordeler vil fremgå av den følgende beskrivelse av anordningen i samsvar med oppfinnelsen tatt i tilknytning til de medfølgende tegningene, hvor: Fig. 1 viser et snitt av en anordning i samsvar med oppfinnelsen; Fig. 2 er et planriss av anordningen vist på flg. 1; Fig. 3 viser et snitt av en anordning i samsvar med oppfinnelsen innbefattende en mon-tasje for montering av en sirkulær reflektor; Fig. 4 er et riss fra baksiden av anordningen i samsvar med oppfinnelsen vist på fig. 3; Fig. 5 viser et snitt av en anordning i samsvar med oppfinnelsen innbefattende den monterte reflektoren; og

Fig. 6 er et planriss av den dielektriske bærer.

Som vist på fig. 1, omfatter anordningen i henhold til oppfinnelsen en stumpendet bøl-geleder 1 lukket på én side av en dielektrisk felttransformator 2 som delvis stikker inn i bølgelederen 2 og hvis geometri tilsvarer, eller er tilpasset, det benyttede reflektorsystemet. Ved dens andre ende omfatter bølgelederen 1 en monteringsplattform 3 for etter-følgende moduler 8. Den dielektriske felttransformatoren 2 påvirker E-komponentene i det vekslende elektromagnetiske feltet i forplantningsretningen, slik at det opprinnelige bølgefeltet vil bli deformert ved den andre enden av bølgelederen 1 for derved å oppnå en ensartet, spesielt sirkulær utvidelse av det resulterende strålingsfeltet for bølgelede-ren 1 og en valgbar effektfordeling på reflektoren. Dette forårsaker en drastisk økning av anordningens effektivitet som helhet.

I en foretrukket utførelse av anordningen i samsvar med oppfinnelsen er den etterfølg-ende modulen 8 ikke forbundet med bølgelederen 1 og monteringsplattformen 3 ved hjelp av stive mekaniske innretninger, men i stedet er disse montert på en roterbar og mekanisk festbar måte om symmetriaksen til reflektoren 6. Dette gir den spesielle fordelen at alle funksjonaliteter til systemet opprettholdes uten å endre posisjonen for hele antenneanordningen, spesielt for reflektoren 6, mens eventuelle rotasjoner av pola-risasjon i forhold til den ortogonale innrettingen av H/E vektoren i forhold til det normale jordplanet - i dette tilfellet spesielt den såkalte skråvinkelen - kan kompenseres for ved å rotere modulen 8.

Videre, har den dielektriske felttransformatoren 2 den fordelen at for et område med høy båndbredde er innvirkningen på feltet nærmest ensartet, samtidig som en transformasjon fra bølgelederbølgemodusen til fritt-rom-modusen blir realisert, hvorved anordningen av den dielektriske felttransformatoren 2/bølgeleder 1 kan tilkobles et nedstrømssystem uten noen tilbakekobling. Fig. 3 viser en anordning i samsvar med oppfinnelsen innbefattende holderen 4, vist fol-det her, for å motta en reflektor, den dielektriske felteffekttransformatoren 2 og monteringsplattformen 3 tilveiebragt for nedstrømsmoduler. Fig. 4 er et riss fra baksiden av denne anordningen der monteringsplattformen 3 er for-met som et likesidet trekantareal 5 for å minimalisere skygging i reflektoren.

I fig. 5 er anordningen i henhold til oppfinnelsen vist med en montert reflektor. Subref-lektoren som har en sirkulær åpning 6 er montert på holderne 4 ved hjelp av støttesta-gene 7.1 den foreliggende utførelsen er de etterfølgende modulene 8 boltet til monteringsplattformen 3. Anordningen i henhold til oppfinnelsen er posisjonert ved rotasjons-aksen til reflektoren 6 og med den dielektriske felttransformatoren 2 ved høyden til fokalpunktet av reflektoren 6.

Som vist på fig. 5 blir boltede avstandselementer 11 brukt til å montere en bæreplate 9 i nærheten av den dielektriske felttransformatoren 2. Den dielektriske bæreplaten 9 innbefatter en boring 12 ved stedet for felttransformatoren 2 og som har en diameter som er egnet for felttransformatoren 2, og er anordnet på en planparallell måte i forhold til monteringsplattformen 3 uten å ha noen direkte mekanisk eller elektrisk forbindelse til den dielektriske felttransformatoren 2.

Den dielektriske bæreplaten 9, på hvilken de passive strålingskomponentene og krets-elementene 10 er montert, har den virkningen at kildefeltet fra den dielektriske felttransformatoren 2 bare vil bli litt påvirket i avhengighet av åpningene i den dielektriske bæreplaten 9 og som en konsekvens vil inntrengningsfeltet og derfor hele antenneanordningen bare bli utsatt for en liten demping slik at en ekstrem høy effektivitet fortsetter å være tilgjengelig. Samtidig kan kildefeltet fra den dielektriske felttransformatoren 2 bli påvirket slik at antennens resulterende strålingsmønster kan varieres innenfor grensene som ønskes for anvendelsen. En annen fordel med denne utførelsen av anordningen er at enkle mekaniske monteringsinnretninger for forskjellige antenneutforminger tillater at det oppnås både optimal bestråling og således høy effektivitet for hele antenneanordningen, samtidig som strålingsmønsteret kan bli påvirket. Et særlig resultat er at det nød-vendige reflektorarealet 6 kan være betydelig mindre sammenlignet med konvensjonelle stråleskanderingssystemer.

Fig. 6 viser et planriss av den dielektriske bæreren 9. Denne er sikret til monteringsplattformen 3 ved bruk av avstandselementene 11 som kan boltes. Den dielektriske bæreren 9 innbefatter en sirkulær boring 12 ved dens senter og hvis diameter tilsvarer med den dielektriske felttransformatoren 2. Rundt boringen 12 til den dielektriske bæreren 9 er de parasittiske, for eksempel passive, strålingselementene med kretskomponenter 10 anordnet. På fig. 6 har disse som eksempel lik fordeling i en vinkel på 90° hver, hvor hvert element består av et par utstrålere posisjonert ortogonalt i forhold til hverandre. Videre er det montert en styreblokk 13 som innbefatter standardkomponenter på den dielektriske bæreren 9, hvilken blokk styrer kretskomponentene. Styreblokken er tilkoblet andre nedstrømsmoduler via en kabel 14.

Claims

1. Anordning for å mate eller eksitere en sentralt fokusert reflektorantenne som omfatter en bølgeleder (1) og en dielektrisk bærer (9), karakterisert ved at en dielektrisk felttransformator (2) er montert på bølgelederen (1) og den dielektriske bæreren (9) er montert i front av bølgelederen (1) i nærheten av den dielektriske felttransformatoren (2) uten å være mekanisk eller elektrisk forbundet med denne, idet den dielektriske bæreren (9) innbefatter en sirkulær boring (12) ved dens senter og hvis diameter tilsvarer diameteren av den dielektriske felttransformatoren (2), og idet den dielektriske felttransformatoren (2) delvis stikker inn i den sirkulære boringen (12), og en monteringsplattform (3) for etterfølgende moduler (8) er dannet ved enden av bøl-gelederen (1).

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at geometrien av den dielektriske felttransformatoren (2) er tilpasset det tilsvarende reflektorsystemet.

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at alle komponentene i anordningen bortsett fra den dielektriske felttransformatoren (2) og den dielektriske bærers plate (9), er laget av metall, fortrinnsvis i ett stykke, hvor det indre av bølgelederen (1) har en overflategrovhet på mindre enn 0,5 (im.

4. Anordning ifølge et hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at monteringsplattformen (3) innbefatter holdere (4) til hvilke reflektoren (6) er montert ved hjelp av støttestag (7), og den etterfølgende modulen (8) er montert på en roterbar og festbar måte om reflektorens (6) symmetriakse.

5. Anordning ifølge et hvilket som helst av kravene 1-4, karakterisert ved at den dielektriske bæreren fortrinnsvis er tilkoblet til monteringsplattformen (3) ved hjelp av boltede avstandselementer (11) av metall eller dielektrisk type, og er anordnet planparallelt i forhold til denne.

6. Anordning ifølge et hvilket som helst av kravene 1-5, karakterisert ved at det på den dielektriske bæreren (9) er anordnet,fortrinnsvis ved strålingskobling eksiterbare eller matingsbare parasittiske, for eksempel passive, strålingselementer med kretskomponenter (10) individuelt eller i ortogonalt innrettede par som har en plan eller tredimensjonal geometri i kantområdet til strålingsbanen rundt boringen (12).