NO822709L - Horn-reflektor antenne. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt mikrobølgeantenne

og nærmere bestemt mikrobølgeantenner av horn-reflektor-typen.

Koniske matere for horn-reflektorantenner har vært kjent i mange år. I tidsskriftet "The Bell System Technical Journal" beskriver en artikkel 1963 valget av en konisk horn-reflektorantenne for bruk ved satelitt-kommunikasjons jordstasjoner (Hines et al., '"The Electrical Characteristics of The Coni-cal Horn-Reflector Antenna", the Bell System Technical Journal, July 1963, side 1187-1211). En kegleformet horn-reflektorantenne er også beskrevet i US-patent nr. 3.550.142. En av de problemene som opptrer ved slike antenner er at strålings-mønsteromhyllingen (heretter kalt "RPE") i E-planet er i hovedsaken bredere enn RPE til H-planet. Når benyttet ved jordkommunikasjonssystemer kan den brede strålebredden i E-planet bevirke interferense med signaler fra andre antenner.

Såkalt "diagonal" horn-reflektor antenner har også vært kjent

i mange år. I en artikkel fra 1969 av Y.Takeichi et al. med tittel "Diagonal Horn-Reflektor-Antenner", IEEE G-AP Symp., side 279-285, desember 9-11, 1969 beskriver slike antenner hvor det trompetformede hornet har en firkantet åpning, dvs. tverrsnittet av hornet tatt i et plan perpendikulært på dens akse er firkantet. Slike antenner har lik RPE i E og H-planene men de har relativt høy vindbelastningsfaktor, som øker kost-naden ved bruk av slike antenner p.g.a. den nødvendige kraft-ige monteringskonstruksjon. Åpningen til. den diagonale horn-ref lektorantenne er ekstremt høy og øker derved spesielt vind-belastningsf aktoren og tilknyttet konstruksjonsmessige anord-ninger .

Det er et primært formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et forbedret horn-reflektorantenne som tilveiebringer virkelig identiske RPE i E- og H-planene og så har et relativt lav vindbelastningsfaktor. I denne forbindelse er et formål med foreliggende forbindelse å tilveiebringe slik an- antenne som produserer likt E- og H-planmønster hvor likheten finnes fra midtaksen hele veien ut til antennens periferi.

Det er et ytterligere formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en slik forbedret horn-reflektorantenne som frembringer ekstremt smale E-plan RPE uten betydelig degradering av H-plan RPE eller en annen ytelse karakteristikk til antennen.

Det er et ytterligere formål med oppfinnelesen å tilveiebringe en forbedret hornreflektor-antenne, hvis ytelse lig-ger over den til de kegleformede hornreflektor-antennene, og enda kostnadene er omtrent de samme som en kegleformet horn-ref lektorantenne .

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en slik forbedret hornreflektorantenne som tilveiebringer ovenfor nevnte formål uten noen betydelig ugunstig virkning på antennens forsterkning.

I samsvar med foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en forbedret hornreflektor-antenne som innbefatter en reflektorplate som er en del av en paraboloid, et trompetformet matehorn for tilførsel av mikrobølgesignaler til reflektorplaten, idet hornet har en kegleformet seksjon som danner en sirkulær åpning ved den brede enden, som er enden nærmest reflektorplaten og en pyramideformet seksjon som danner en firkantet åpning ved den smaleste enden, som er enden lengre borte fra reflektorplaten og innretning for tilførsel av mikrobøl-gesignaler til matehornet med elektrisk felt som strekker seg over diagonalen til den firkantede.åpningen.

Ytterligere formål og fordeler ved oppfinnelsen skal nå be-skrives nærmere med henvisning til medfølgende tegninger,hvor: Fig. 1 viser et perspektivriss av en hornreflektor-antenne som utgjør en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse.

fig. 2 viser et forstørret snitt langs linjen 2-2 på fig. 1,

fig. 3 viser et forstørret horisontalsnitt langs linjen 3-3

på fig. 1,

fig. 4 viser et snitt langs linjen 4-4 på fig. 2,

fig. 5 viser et forstørret frontriss, delvis i snitt, av

antennen på fig. 1,

fig. 6a og 6b er målte mønstre av E og H-planfelt fordelt igjen frembrakt av matehorndelen til antennen på

fig. 1-5 ved 6GHz og

fig. 7a og 7b er målte RPE frembrakt ved E- og H-planene

ved en fullstendig antenne på fig. 1-5 ved 6GHz.

Mens oppfinnelsen vil bli beskrevet i forbindelse med visse utførelsesformer skal det bemerkes at det ikke er ment å begrense oppfinnelsen til disse spesielle utførelsesformene. Det er således mulig med alternative modifikasjoner og ekvi-valenter innenfor rammen av oppfinnelsen som angitt i kravene.

Fig. 1 og 2 viser en mikrobølge hornreflektor-antenne som har et trompetformet horn 10 for føring av mikrobølge-signaler til en parabolsk reflektorplate 11. Fra reflektorplaten 11 blir mikrobølge-signalene sendt gjennom en åpning 12 dannet i fronten av en sylindrisk seksjon 13 som er festet til bunnen av hornet 10 og reflektorplaten 11 for å danne en fullstendig integrert antennekonstruksjon.

Den parabolske reflektorplaten 11 er en seksjon av en paraboloid som representerer overflaten til et omdreiningslegeme dannet ved rotering av en parabol-kurve om en akse som strekker seg gjennom toppunktet og brennpunktet til parabol-kur-ven. Enhver mikrobølge som har sin opprinnelse ved brennpunktet til en slik parabolplate vil som velkjent bli reflektert

av platen 11 i plane bølgefronter perpendikulære på aksen,

dvs. i retningen angitt med pilen 14 på fig. 2. Hornet 10

til den viste antennen er således anordnet slik at dens topp faller sammen med brennpunktet til paraboloiden og slik at aksen 15 til hornet er perpendikulært på aksen til paraboloiden. Ved denne geometrien blir en divergerende kuleformet bølge, som stråler ut fra hornet 10 og som treffer refleksjons-platen 11 reflektert som en plan bølge som passerer gjennom åpningen 12 med en orientering som perpendikulær på planet dannet av skjæringen mellom hornets akse og paraboloidaksen.

En sylindrisk seksjon 13 tjener som en skjerm som forhindrer reflektorplaten 11 fra å frembringe interfererende side- og motsignaler og som hjelper til å fange opp noe av den over-flødige energien utsendt fra hornet 10. Det skal bemerkes at hornet 10, reflektorplaten 11 og den sylindriske skjermen 13<!>vanligvis er utformet av ledende metall (selv om det kun er vesentlig at reflektorplaten 11 har en metallisk overflate).

For å beskytte den indre antennen mot vær og strøsignaler er toppen av reflektorplaten 11 dekket av et panel 20 festet til den sylindriske skjermen 13. Et radom 21 dekker også åpningen 12 ved fronten av antennen for å tilveiebringe ytterligere be-skyttelse mot vær. Innsideflaten til den sylindriske skjermen 13 er dekket med et absorberende materiale 22 for å absorbere strøsignaler slik at de ikke degraderer store RPE. Slike absorberende skjermmaterialer er i og for seg velkjent og i al-minnelighet innbefatter de et ledende materiale slik som metall eller karbon, spredt i et elektrisk materiale og er pyramidisk eller.kegleformet med sirkulær topp.

I samsvar med et viktig trekk ved foreliggende oppfinnelse har det trompetformede hornet 10 en pyramideformet seksjon 30 som danner en firkantet åpning 31, ved den nedre enden av hornet, og en kegleformet seksjon 32 som danner en sirkulær åpning 33 ved toppenden av hornet. Mikrobølge-signaler blir matet gjennom en sirkulærbølgeleder inn i bunnen av den pyramideformede seksjon 30 med elektrisk felt som blir innført ved et hjørne slik at feltet strekker seg på tvers av diagonalen til firkantåpningen 31, vist på fig. 3. Det resulterende feltet ved åpningen 33 til den koniske seksjonen 32 til hornet har følg-elig en lik E- plan og H-plan for deling. For å sikre at den like stor E- og H-planfordelingen blir opprettholdt igjennom hele den kegleformede seksjonen til hornet, blir veggene til den kegleformede seksjonen foret med et sjikt av absorberende materiale 35 som strekker seg kontinuerlig rundt hele keglens indre overflate. Vanlige obserberende materialer kan benyttes for dette formål, et eksempel på dette er AAP-ML-73-absorberer fremstilt av "Advanced Absorber Products Inc., Amesbury, Maine, USA." Absorberingsmaterialet kan være fastgjort til metall-veggene til hornet ved hjelp av et klebemiddel.

Den like E- og H-planfelt fordelingen i den sirkulære åpningen 33 til den kegleformede seksjonen 32 er vist på fig. 6a og 6b som viser mønstre frembrakt ved matehorndelen til antennen på fig. 1-5 ved 6 GHz med en avslutningsdiameter på 5 cm ved den største enden av den kegleformede seksjonen. Det skal bemerkes at mønstrene er i virkeligheten identiske i E- og H-planet og denne likheten forefinnes fra senter aksen hele veien ut til periferien.

Fig. 7a og 7b viser, virkelige RPE'er frembrakt ved 6 GHz i E- og H-planene, hhv. av den fullstendige antennen på fig. 1-5 (idet det benyttes samme matehorn som benyttet ved mønstrene på fig. 6a-6d). Igjen er mønstrene i virkeligheten identiske i E og H-planene. Ved sammenligning av 65-dB nivåene til to RPE'er (65 dB er et referansepunkt vanligvis benyttet ved spesifiseringen av ytelseskarakteristikken til slike antenner) kan det f.eks. bli vist at bredden til både E-planet RPE og H-planet RPE ved dette nivået er omkring 22° fra aksen.

Ved å etablere like E og H-planmønster i diagonal hornseksjon og så opprettholde disse mønstrene i en kort kegleformet seksjon som mater den parabolske reflektoren, tilveiebringer antennen ifølge oppfinnelsen overlegen ytelse uten den høye vind- belastningsfaktoren og uten å øke de konstruksjonsmessige kostnadene ved en diagonal hornreflektor-antenne. Antennen ifølge foreliggende oppfinnelse tilsmalner betydelig i E-planmønsteret slik at mønstrene i E- og H-planene i virkeligheten er identiske og dette resultatet blir tilveiebrakt med liten eller ingen tap i forsterkningen.

En ytterligere fordel med foreliggende oppfinnelse er at RPE forbedringen kan bli tilveiebrakt over et relativt bredt frekvensbånd. Forbedringen beskrevet ovenfor for antennen vist på fig. 1-5 kan f.eks. bli realisert over frekvensbånd vanligvis henvist til som 4 GHz, 8GHz og 11 GHz.

Claims (11)

1. Hornreflektor mikrobølgeantenne, karakterisert ved at den innbefatter en reflektorplate som er en seksjon av en paraboloid, et trompetformet matehorn for tilførsel av mikrobølgesignaler til reflektorplaten, idet hornet har en kegleformet seksjon som danner en sirkulær åpning ved den brede enden, som er enden tettere opp mot reflektorplaten og en pyramideformet seksjon som danner en firkantet åpning ved den smale enden, som er enden lengre borte fra reflektorplaten, og innretning for å tilføre mikro-bølgesignaler til matehornet med det elektriske feltet for-lø pende langs en diagonal til firkantåpningen.

2. Hornreflektor antenne ifølge krav 1, karakterisert ved at den kegleformede seksjonen til det trompetformede matehornet er foret med absorberende materiale.

3. Hornreflektor antenne ifølge krav 1, karakterisert ved at den pyramideformede seksjonen til det trompetformede hornet har et firkantet tverrsnitt langs dens hele lengde.

4. Hornreflektor antenne ifølge krav 1, karakterisert ved at den kegleformede seksjonen til det trompetformede hornet har et sirkulært tverrsnitt langs dens hele lengde.

5. Hornreflektor antenne ifølge krav 1, karakterisert ved at det trompetformede hornet tilveiebringer i hovedsaken like mønstre i E- og H-planene.

6. Hornreflektor antenne ifølge krav 1, karakterisert ved at antenneåpningen er sirkulær.

7. Fremgangsmåte for mating av mikrobølgesignaler til en reflektorantenne, karakterisert ved at signalene mates i den smale enden av en pyramideformet front-seksjon som har en firkantet åpning, idet det elektriske felt forløper langs en diagonal til firkantåpningen, matingen av signalene fra den pyramideformede hornseksjonen inn i den smale enden til en kegleformet hornseksjon som har en sirkulær åpning, og mating av signalene fra den kegleformede hornseksjonen til reflektorplaten som er en seksjon av en paraboloid.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at den koniske hornseksjon fores med et absorberende materiale.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at den pyramidiske, koniske hornseksjonen utføres koaksial og uavbrutt.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at de pyramideformede, kegleformede hornseksjoner danner et enkelt trompetformet horn som frembringer i hovedsaken like mønstre i E- og H-planene.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at endeåpningen er sirkulær.