SE461492B - Mataranordning foer en antenn av mikrobandledartyp - Google Patents

Description

461 (IW 19 15 20 25 30 35 492 Föredragna utföringsformer Svan angivna ändamål med och fördelar hos den förelig- gande uppfinningen kommer att beskrivas mer i detalj nedan i samband med beskrivningen av bifogade ritningar, där visar en sektion av fig. 1 en känd antennstruktur, fig. 2a visar en förenklad schematisk återgivning av en första öppning i en sammanflätad antennstruktur, fig. 2b visar en förenklad schematisk återgivning av en andra öppning i en sammanflätad antennstruktur, fig. 3 visar en del av en sammanflätad antennstruktur, fig. H visar en bild av en “genommatningsanslutbar" del av en sammanflätad antennstruktur, fig. 5 visar en diagramformad representation av en tvärstruktur såsom den användes i den föreliggande uppfinningen, fig. 6 visar schematiskt en tvärtestningsdcl, fig. 7a visar en diagramformad bild av en serpentin- matad linje, fig. 7b visar en diagramformad bild av en tvärmatad linje och fig. 8 visar strålningsplanet för den sammanflätade anordningen enligt uppfinningen med tvärmatning.

I en konventionell mikrobandledarantenn enligt fig. 1 är en enkel matning, angiven med hänvisningsbeteekningen 1, ansluten till ett flertal anordningar med ytstrålare, såsom de som visas vid 2. Ytorna utgör halvvågsresonatorer som ut- strålar energi från ytkanterna, såsom finnes beskrivet i lit- teratur på området. För att styra strålbredden, strålformen och sídolobsnivàn måste den energímängd som utstrâlas av varje yta inställas. Den utsträlade energin är proportíonell mot yt- konduktansen, som är relaterad till våglängden, linjeimpedansen och ytbredden. Dessa ytor är hopkopplade medelst faslänkar så- som indikeras vid 3, vilka bestämmer strålvinkeln relativt anordningarnas axel.

Anordningarna som bildas av ytor och faslänkar är anslutna till matningslinjen via en tvåstegsomformare U, som reglerar den energimängd som avtappas från matningen 1 till anordningen. Matningen är utförd av en serie faslänkar 5 med 1Ü 15 25 30 35 461 492! 3 lika längd, vilka styr strålvinkelni_planet som är vinkelrätt mot anordningarna. Matningen är även en löpande vågstruktur.

Den energi som är tillgänglig vid varje given punkt är lika med den totala ingångsenergin minus energin som avtappas av samtliga tidigare anordningar. Dessa strukturer är bredbandiga och begränsas endast av överföringsmediumet och strålarens bandbredd. I detta fall begränsar ytstrålarnas höga Q band- bredden till ett fåtal procent av arbetsfrekvensen.

Den föreliggande uppfinningen arbetar till sitt koncept som två oberoende antenner av det slag som diskuteras i sam- band med fig. 1. Pörvcrkligandet uppnås emellertid genom hop- flätning (interleaving) av två antenner så att de bildar över- lagrade öppningar i samma plan, varmed det för antennerna nöd- vändiga utrymmet görs minimalt.

De båda öppningarna återges på ett förenklat sätt i fig. 2a resp. Zb. öppningen A kan exempelvis bestå av tjugofyra framåtriktade strälaranordningar anslutna till en enda bakåt- riktad strålarmatning 10. öppningen B, som visas i fig. 2b, är konstruerad på liknande sätt med en enkel bakätriktad strålar- matning 18. öppningen B är emellertid försedd med bakåtriktade stràlaranordningar i stället för öppningens A framåtriktade strålaranordningar. En löpande våg som inträder i framåt-/bakåt- riktad strålarstruktur alstrar en strâle i framåt/bakâtriktning.

De fyra strålarna och deras tillhörande matningspunkter visas.

Vid drift av den hopflätade antennstrukturen drivs de olika matningspunkterna sekvensvis.

En delvy av den föreliggande hopflätade antennstruk- turen visas i fiq. 3. Anordningarna vari de strålade elementen är hopkopplade genom stora länkar motsvarar öppningen A och dessa kommer att verka uppta lägen som jämt numrerade anord- ningar. I motsats härtill motsvarar de stràlarelement som är hopkopplade genom små länkar öppningen B och verkar att uppta udda anordningslägen. Följaktligen växlar anordningarna med öppningar A och B på ett sammanflätat, regelbundet omväxlande sätt, Det är önskvärt att göra avståndet "d" mellan närlig- gande anordníngar så stora som möjligt för att säkerställa god isolering mellan de båda separata öppningarna. Emellertid 461 492 1Û 20 25 30 35 L' skulle detta begränsa ytbredden och göra styrningen av strål- formningen besvärlig. Följaktligen är de ytbreddsvärden som väljes en kompromiss f'r att medge tillfredsställande ut- ö förande för gammastrålning, sidolober och övervattcnsfel. s-a }J f'g. 2 anger hänvisningsbeteckningen 6 generellt den tryckta kretsutformningen för etsning av hopflätade an- tenner för den föreliggande uppfinningen. Såsom diskuterades i samband med fig. 3 föreligger de omväxlande anordningarna med öppningar A och B i ett enplansförhållande. En bakre akti- veringsmatarlinje 10 är ansluten till var och en av de med jämn numrering förlagda anordningarna som motsvarar öppningen A.

Sålunda föreligger exempelvis en förbindelsepunkt 8 mellan den bakàtmatande linjen H0 och den andra återgivna anordningen via tvåstegsomformarna 19 och 19a. Matningspunkten 28 mot- svarar den första strålen såsom angivits tidigare i samband med fin. 2a medan matningspunkten 29 motsvarar den andra strå- len i den figuren- Anordningen längst till höger motsvarar likaledes öppningen A enligt fig. 2a och denna anordning visas ansluten till bakåtmatningslinjen 10 vid förbindelsepunkten 9. Matningspunkten 29 vid bakåtmatningslinjens 10 högra ände motsvarar maLningspunkLen för den andra strålen såsom be- skrevs i samband med fig. 2b. För att komma åL den samman- vävda anordnlngen av öppningar B utan att störa öppningarna A är det nödvändigtattumntera öppningens B matning på ett isoleraL såtL på avstånd från anordningarna med öppningen A.

För att utföra detta har ett genommatande tryckt kretsband 7 framtagits i form av etsade ledare såsom visas i fig. U. De etsade ledande delarna av huvudantennstrukturen och_de för det genommaLande tryckta kretsbandet 7 är utförda på ett enda substrat och åtskilda på lämpligt sätt. Genom att för- lägga genommatningsbandet 7 i ett isolerat överliggande för- hållande till de hopflätade antennerna 5 kan energi fås att pas- sera genom bakätmatningen 18 till individuella bakåtaktiver- ande anordningar i den hopflätade antennen. Genom att sålunda exempelvis driva matningspunkten 2H, vilken motsvarar den fjärde strålmatningspunkten i fig. 2b, avtappas energi vid kopplíngspunkten 27 via tvâstegsomformarna 38 och H0 till den 10 15 20 25 30 35 461 492 5 inkopplade ledarsektionen A1 som slutar i genommatningsdelen 36. Med det genommatade tryckta kretsbandet 7 i ett gott över- liggande förhållande till den hopflätade antennens 6 mat- ningsände är genommatningsdelen 36 belägen mitt_För genom- matningsdelen 34 i den första bakåtriktade anordningen och därmed Fullända en anslutning mellan matningspunkten 24 och anordningen. Denna genommatningsanslutning mellan del- På ett lik- som motsvarar den tredje arna 36 och 34 indikeras med en streckad linje. nande sätt matar matningspunkten 36, strålmatarpunkten i fig. 6, energi till den längst till höger illustrerade bakåtriktade anordningen Från avtapp- ningspunkten 32 till genommatningsdelen 20 via den inkopp- lade ledarsektionen 31 och tvåstegsomformarna 42 och hä.

En genommatningsanslutning mellan delarna 20 och 21 indi- keras med den återgivna streckade linjen. En detaljerad redovisning av genommatningskonstruktionen och Förklaring av densamma ges i svensk patentansökan 85Û412ä-2.

Benommatningshålen För elektriska Förluster, kom- plicerat den mekaniska utformningen och tillverkningen av antennen. För att undanröja dessa problem medger den Före- liggande uppfinningen en access till de små länkar utförda antcnnanordningarna utan någon användning av bakåtmatning ü. Detta uppnås genom användning av en känd ett nytt sätt, korsa varandra utan att elektriskt enligt fig. mikrovågsstruktur på vilket medger att antenn- matningslinjerna kan påverka varandra.

Den kända strukturen som medger att mikrobandsöver- förande linjer kan korsa varandra inom ett trångt frekvens- band har beskrivits i en artikel av Wight: "A Microstrip and Stripline Crossover Structure", IEEE Transactions on Mikroware Theory and Techniques, maj 1976, sid. 270. Såsom beskrivs idenna artikel har utvecklingen av mikrobands- och bandledarteorin resulterat i överföringslinjekretsar av mera komplicerad natur. Eftersom kretskomponenttätheten ökar blir överföringslinjeutFormning och ledníngsdragning mer väsentlig. Situationer kan uppkomma där signalkanaler geometriskt måste korsa varandra. En med fyra portar utförd nätkrets, som medger att två sígnalbanor korsas under bibe- hållande av god isolering och som är konstruerad med an- 461 10 15 20 25 30 35 492 6 vändning av hybridteknologí, beskrivs i den ovan angivna I artikeln.

Det är välkänt att signalerna vid de båda utgångs- n ; portarna i en grenarmshyhrid är fasförskjuten 90 har och en storlek som är lika med 1/v2 av den inkommandefisignalen. Ûm två grenarmshybrider kaskadkopplas kan det visas att signaler endsat avges via diagnnella portar på komposit- strukturen, teoretiskt sett utan någon inmatningsförlust. f Mycket liten energi utmatas från de båda återstående port- arna och följaktligen kan kraftig isolering uppnås mellan de två korsande signalkanalerna. Den användbara bandbredden för en nolldecibelkorsning bestämmas av produkten av svep- frekvenskarakteristikorna För de båda hybriderna och kan utökas med användning av tlersektionsstrukturer. Två kaskad- kopplade enkelsektionshybrider är nedbanthara till den fyra- portars struktur som visas i fig. 5. 5 visar denna Fig. "tvärstruktur" på ett schematiskt sätt. Förluster från in- gångsporten till den diagonella porten är mindre än 1,0 dB 20 dB testningsdel, och en isolering som är större än vid mittfrekvensen har rapporterats. 6 visar en på ett 3M 217-substrat och täckes Fig. som är etsad med ett hölje av samma material med en tjocklek av 3,125 mm. Härvid uppmättes en díagonalportsförlust av 0,18 dB, ett stående spänningsvåg- förhållande VSWR av 1,1 och en isolering som var större än 25 dB vid mittfrekvensen.

Fig. 7a visar en serpentinmatad linge och fig. 7b visar en ekvivalent matning av tvärmatningstyp. Fasskift- ningen från punkt A till punkt B, som styrs av utstrålad strålningsvinkel, är proportionell mot linjebanlängden l.

På samma sätt är fasskiftningen från punkt C till punkt D proportionell mot banlängden 11 + 12 plus fasâkiftningen ge- nnm korsningen, vilken har beräknats vara 270 . Strålnings- vinklarna kan varieras genom ändring av längden 11 + 12 me- dan korsningsdimensionerna förblir konstanta. Uppmätt in- 1 matningsförlust för tvärmatningen (22 element) var 4,6 dB mot 5,7 dB för den ekvivalenta serpentinmatningslinjen.

En VSWR av 1,6 uppmättes vid 13,380 GHz. 10 20 30 35 461 492 7 Pig. 8 visar tvärmatningen såsom den utnyttjas i en hopflätad mikrobandledarantenn enligt den föreliggande upp- finningen. I grunden användes en vanlig serpentinlinje 46 som yttre matning med ingångar till anordningarna la -Na via tvär- matningen och tvärmatningen matar anordningarna lb-Nb direkt.

Den inre tvärmatningen 52 innefaLtar hopkopplade individuella korsningsstrukturer 5Hsom bildar en matningslinje som är i huvudsak parallell med serpentinmatningslinjen H6. Anord- ningarna H8 och matningarna H6, 52 är med fördel förlagda i samma plan. 7 För närmare beskrivning koncentrerar sig den fort- satta redogörelsen på den längst till vänster befintliga tvärmatningsstrukturen, vars första ingångsport 58 är ansluten till den illustrerade portklämman F. Porten 60 är diagonell till porten 58 och ansluter den längst till vänster belägna tvärstrukturen SH till en närbelägen hopkopplad tvärstruktur medelst anslutningssegment 56. Detta mönster av samman- kopplade tvärstrukturer upprepas över hela tvärmatningens bredd tills den andra portklämman 72 är ansluten till porten 61 på den längst tïfl höger belägna tvärstrukturen. Kopplings- segmentet 56 i den längst till vänster belägna tvärstruk- turen matar anordningen lb och detta matningsmönter för an- ordningarna upprepas för samtliga anordningar med jämn num- rering upp till och med Nb.

Portklämman 74 är direktkopplad till vänster ände 62 på serpentinmatningslinjen H6. Denna ände på serpentinmat- ningen är direkt ansluten till en port på den längst till vänster belägna tvärstrukturen såsom indikeras i figuren.

Den diagonellt motsatta porten 64 på denna tvärstruktur matar anordningen la. Liknande anslutningar föreligger för de åter- stående tvärmatningsstrukturerna och alla udda belägna anord- ningar upp till och med Na som kommunicerar med den högra änden 65 på serpentinmatningslinjen H6. Portklämman 73 är direktkopplad till den högra matningslinjeänden 65 och full- ändar därmed anslutningarna mellan de fyra portklämmorna 71 - 74 och anordningarna 48. Serpentinsvängarna 66 vid ser- pentinmatningslinjens #6 centrum är förstorade för uppnående av önskad faskorrigering. 461 (51 10 25 492 8 Tabell 1 anger port till portisolering vid en arbets- frekvens av 13,325 GHz.

TABELL 1: Port till portisolering, fo = 13,325 GHz fortar Isolering 1 - 2 27 dB 1 - 3 28 dB 1 - U 35 dB 2 - 3 35 dB 2 - H 32 dB 3 - H 30 dB Isoleríngsbandbredden över tvärmatningen bestämdes genom mätning av nivån på den strålning som alstras av läckor till de isolerade anordningarna. Bandbredder på 200 - H00 MHz uppmättes. Alstrade mönster överensstämde mycket väl med sådana som alstrades med normalmatníngsutföranden.

Såsom nu måste insesä1>det föreliggande matnings- systemet användbart för varje hopflätad antenn som kräver att båda öppningarna matas från en ände. En hög mottagarlsändar- isolering och temperaturkompensation, vilka storheter båda är fördelar erhållna vid hopflätade antenner, kan sålunda uppnås förutom reducerade elektriska förluster jämfört med genommatníngsanslutningar.

Det bör inses att uppfinningen ej är begränsad till exakt de detaljer 5 konstruktionen som visas och beskrivits ovan utan den kan jämväl omfatta modifieringar och alternativ som en fackman på området förmår utföra. \>\

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 461 492 PATENTKRAV

1. Hataranordning för en antenn av mikrobandledartyp där matning är anordnad av åtminstone första och andra grupper (la-Na, lb-Nb) av strålningsanordningar, k ä n n e- t e c k n a d av en första löpande matning (H6), ett flertal tvärstrukturer (SU) vilka vardera har första och andra portar (58, 60) för överföring av en första signal mellan sig samt tredje och fjärde portar (62, BH) för överföring av en andra signal mellan sig, organ (56) är anordnade att serievis hop- koppla de första och andra portarna i ett flertal strukturer (S4) så att en andra löpande matning (52) bildas, organ som ansluter de första och andra portarna (58, 60) i respektive hopkopplade strukturer till däremot svarande anordningar tillhörande de tredje portarna (62) i respektive hopkopplade strukturer den första gruppen (la-Na), organ som ansluter till däremot svarande, på avstånd belägna punkter utmed den första löpande matningen (46) samt organ som ansluter de fjärde portarna (BU) i respektive hopkopplade strukturer till däremot svarande anordningar i den andra gruppen (lb-Nb), varvid de första och andra löpande matningarna (NS, 52) matar sina respektive signaler till grupperna av anordningar utan någon nämnvärd inbördes signalpâverkan.

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att de första och andra grupperna (la-Na, lb-Nb) är anord- nade i samma plan som de första och andra löpande matningarna (H6, 52), varigenom behovet av element för bakåtmatning och bimatning undvikes.

3. Anordning enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e- t e c k n a d av att de första och andra grupperna (la-Na, lb-Nb) är hopflätade.

4. H. Anordning enligt något av patentkraven 1 - 3, k ä n n e- t e c k n a d av att de första och andra matningarna (46, 52) är belägna i omedelbar närhet av ena änden av de hopflätade anordningarna (Ia-Na, lb-Nb). _ .

5. Anordning enligt något av patentkraven 1 - H, k ä n n e- t e c k n a d av att den första löpande matningen (H6) är serpentinformad.