NO864563L

NO864563L - Reflektorantenne med selvbaerende mateelement.

Info

Publication number: NO864563L
Application number: NO864563A
Authority: NO
Inventors: Per-Simon Kildal
Original assignee: Sintef
Priority date: 1986-06-03
Filing date: 1986-11-17
Publication date: 1987-12-04
Also published as: NO864563D0; NO163928C; ATE70924T1; JPH01500790A; NO880464D0; NO880464L; EP0268635A1; DE3775528D1; NO163928B; WO1987007771A1; EP0268635B1

Description

Oppfinnelsen vedrører en reflektorantenne med et selvbærende mateelement av det slaget som er angitt i innledningen til patentkrav 1, for utstråling eller mottaking av polariserte elektromagnetiske bølger. Bruken er hovedsaklig til mottaking av TV-signaler fra satellitt, men den kan også anvendes til radiolinje-formål, og som jordstasjon for satellitt-kommunikasjon.

Slike reflektorantenner brukes særlig fordi de er enkle og billige å tilvirke. De gir også høyere antenne-effektivitet og lavere sidelober i

strålingsdiagrammet enn om mateelementet må festes ved å bruke skråstilte stag. Slike stag blokkerer nemlig hovedreflektoren. Et selvbærendde mateelement er også lett tilgjengelig fra baksiden av reflektoren. Derfor brukes det ofte når senderen og/eller mottakeren ønskes plassert der. Det gir lavere tap enn om bølgene må ledes i kabel langs et skråstilt stag.

I norsk patentsøknad 862192 er det beskrevet en reflektorantenne med selvbærende mateelement. Denne består av en sirkulær bølgeleder som er festet til midten av reflektoren. Foran åpningen i den andre enden er det plassert en subreflektor som har en anisotrop og reaktiv overflateimpedans for å skape en polar isasjonsuavhengig ref leksjonskoeffisient for de radielle bølgene som forplanter seg langs overflaten av subreflektoren. Denne antennen kan brukes til å sende og motta elektromagnetiske bølger på to ortogonale polarisasjoner; den er med andre ord dobbelt-polarisert. Antennen har lav krysspolarisasjon innenfor strålingsdiagrammets hovedlobe. Frekvensbåndbredden for den mest aktuelle utførelsesformen i ovennevnte patentsøknad er imidlertid meget liten p.g.a. store ref leksjonstap.

Hovedformålet med oppfinnelsen er derfor å skape en forbedring av den antennen som er beskrevet i norsk patentsøknad 862192; en forbedring som gir større båndbredde.

Formålet oppnås ved hjelp av de trekk som er beskrevet i den karakteriserende delen av patentkrav 1. Det vil si at den midtre del av subreflektoren utformes som en konisk spiss som peker i retning av hovedreflektoren. Denne spissen reflekterer en innfallende bølge fra bølgelederen i radiell retning slik at den bølgen, som reflekteres tilbake i bølgelederen blir, får liten amplitude. Samtidig blir det en riktig balanse mellom de aksielle og rundtgående feltene som settes opp over apertur-flaten, slik at en får lav krysspolarisasjon. En forutseting for dette er at røret er forholdsvis tynnvegget.

Oppfinnelsen vil nedenfor bli beskrevet nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et eksempel på en reflektorantenne med selvbærende mateelement,

fig. 2 viser et aksialsnitt gjennom et mateelement utformet i samsvar med oppfinnelsen, mens

fig. 3 viser et aksialsnitt gjennom en annen utførelsesform av mateelementet.

Antennen i fig. 1 omfatter en skålformet hovedreflektor 10. I midten av denne er det festet et selvbærende rørformet mateelement 11. Dette består av et sylindrisk rør 12, og en subreflektor 13. Røret og subreflektoren er adskilt av et mellomrom 14, og som er begrenset utad av en tenkt sylindrisk og rundtgående flate 16 som kalles apertur-flaten eller bare aperturen.

Fig. 2 viser et aksialsnitt gjennom mateelementet. Røret 12 eller den delen av røret som ligger nærmest subreflektoren 13 danner en sylindrisk bølgeleder 15 med fortrinnsvis sirkulært tverrsnitt. Bølgelederen er konstruert for å forplante grunnmodus. Dette er TE^modus når det innvendige tverrsnittet er sirkulært med glatte og ledende vegger. Dette har da en diameter større enn ca. 0,6 bølgelengder og mindre enn ca. 1,2 . Røret 12 er hovedsaklig laget av elektrisk ledende materiale. Røret 12 er forholdsvis tynnvegget.

Den del av subreflektoren 13 som ligger utenfor apertur-flaten 16 har en anisotrop og reaktiv overflateimpedans. Overflaten er tegnet glatt, men den ønskete overflateimpedans realiseres vanligvis med rotasjons-symmetriske spor eller riller i overflaten. Midten av subreflektoren er utformet som en i hovedsak konisk spiss 18, som peker mot røret 12. Spissen 18, som er reflekterende, er omtrent like lang som apertur-flaten 16, som har et tverrsnittmål på ca. 0,5 bølgelengder^ . Mellomrommet 14 innenfor aperturén 16 kan være helt eller delvis fyllt med dielektrisk materiale.

Virkemåten for oppfinnelsen er i hovedsak den samme som for realiseringen i patentkrav 8 i patentsøknad 862192. Feltene over aperturén 16 antas å bestå av to modi. Ett modus der de elektriske feltene er rettet utelukkende i aksiell z-retning (TM z), og ett der de elektriske feltene er hovedsaklig rundtgående (TE z). Disse to modiene stråler som forklart i patentsøknad 862192. I den nærværende oppfinnelsen er den optimale balansen mellom eksiteringene av de to modiene oppnådd ved hjelp av den koniske spissen 18. Denne reflekterer feltene fra en innfallende bølge i bølgelederen i radiell retning slik at en automatisk får omtrent riktig balanse mellom TE zog TMz, og slik at den bølgen som reflekteres tilbake i bølgelederen får liten amplitude.

Fig. 3 viser en annen utførelsesform av oppfinnelsen. Subreflektorens 13 ønskete overflateimpedans er her realisert med sirkulære riller 17 vendt mot røret 12. Subreflektoren er også forsynt med en slik rille innenfor aperturén 16. Dybden på rillene 17 er ca. 0,25^.. Videre er den sentrale delen av subreflektoren 13, utformet som en i hovedsak konisk spiss 18 som tilsvarer spissen 18 i fig. 2. Sentralt i denne spissen er det et sylindrisk uttak koaksialt med røret 12.

Mellomrommet 14 innenfor aperturén 16 er fyllt med dielektrisk materiale. Dette materialet har form som en plugg 19, som er sylinderformet utvendig, og passer inn i enden av røret 12 og i den indre av rillene 17 med en utragende ringribbe 20.

Dessuten ec den forsynt med en tapp 21 som passer inn i uttaket sentralt i spissen 18. Ringribben 20 og tappen 21 kan være forsynt med gjenger som passer mot motsvarende gjenger i subreflektoren, for å sikre godt feste.

De forskjellige elementene som er vist i fig. 2 og 3 kan kombineres og modifiseres på forskjellige måter. Røret 12 kan være et firkantrør eller på annen måte polygonalt. Subreflektoren 13 kan være tilvirket av plast med metallisk overflate. Pluggen 19 i mellomrommet kan være forbundet med subreflektoren 13 på andre måter enn den som er vist, f.eks. med bare ett av elementene 20 og 21. Hvis bare elementet 20 benyttes vil subreflektoren ikke ha noe sentralt uttak i spissen 18. Hvis bare elementet 21 benyttes vil subreflektoren ikke ha noen rille innenfor aperturén 16.

Claims

1. Reflektorantenne bestående av en skålformet hovedreflektor (10), og et selvbærende mateelement (11) for sending eller mottaking av polariserte elektromagnetiske bølger, der mateelementet (11) i hovedsak består av et bærende rett rør (12) som i den ene enden er festet til midten av hovedreflektoren (10), og i den andre er avsluttet med en subreflektor (13) på en slik måte at det dannes et mellomrom (14) mellom subreflektoren og enden av røret, der den delen av røret (12) som er nærmest mellomrommet (14) inneholder en sylindrisk bølgeleder (15) eller selv er en slik bølgeleder, der denne bølgelederen (15) har tilnærmet sirkulært eller kvadratisk tverrsnitt, der mellomrommet (14) utgjør en forbindelse mellom bølgene inne i bølgelederen, og bølgene utenfor mateelementet, og der mellomrommet (14) utad er begrenset av en rundtgående og sylindrisk geometrisk flate (16) som har samme diameter som rørets (12) ytre diameter og som kalles apertur-flaten, og der den del av subreflektorens (13) overflate som ligger utenfor apertur-flaten (16) er forsynt med midler for å skape en anisotrop og reaktiv overflateimpedans for å oppnå at de radielle sylindriske elektromagnetiske bølgene reflekteres fra og forplanter seg langs overflaten på tilnærmet samme måte enten det elektriske feltet er normalt på overflaten eller det tangerer overflaten, og der dette fortrinnsvis er realisert ved hjelp av sirkulære spor (17), slik at dette sammen med utformingen av den øvrige geometrien til mateelementet medvirker til at strålingsdiagrammet til mateelementet får lav krysspolarisasjon og blir tilnærmet rotasjonssymmetrisk omkring røret (12),karakterisert vedat den delen av subreflektoren (13) som ligger innenfor apertur-flaten (16) er utformet som et sentralt konisk eller tilsvarende konvergerende element (18) som har reflekterende egenskaper og som er vendt mot røret (12), slik at innfallende bølger fra bølgelederen (15) reflekteres på en slik måte at det blir balanse mellom det aksielle feltet og det rundgående feltet som settes opp over apertur-flaten (16) og slik at den bølgen som reflekteres tilbake i bølgelederen får lav amplitude over et stort frekvensområde..

2. Reflektorantenne i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat den koniske delen (18) av subreflektoren er tilvirket i ett med subreflektoren (13) eller som et separat element (18) innsatt i en sentral åpning i subreflektoren (13).

3. Antenne i samsvar med patentkrav 1 eller 2,karakterisert vedat mellomrommet (14) mellom bølgelederen (15) og subreflektoren (13) er helt eller delvis fyllt med et dielektrisk element (19).

4. Antenne i samsvar med patentkrav 3,karakterisert vedat det dielektriske fyllelementet (19) griper inn med bølgelederen (12) og med subreflektoren (13).

5. Antenne i samsvar med patentkrav 4,karakterisert vedat fyllelementet (19) har en sentral tapp (21) vendt mot og opptatt i et motsvarende uttak i det koniske elementet (18).

6. Antenne i samsvar med patentkrav 4 eller 5,karakterisert vedat fyllelementet (19) har en ringribbe (20) som griper inn med et ringspor (17) i subreflektoren (13').