SE469540B - Vaagledarantenn med slitsade haalrumsvaagledare - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 \ pl! h~ 4e9f54o MAGAZIN, Vol. 15, No.3, 1989 av A.J. Sangster: "Polarisation Diversity Techniques for Slotted-Waveguide.Antennas". Av intresse bland de visade antennerna är närmast en antenn i artikelns figur 9, som visar en vàgledare med longitudinella och transversella slitsar. Vågledaren är avsedd för högre ordningens utbred- ningsmoder hos en elektromagnetisk våg och en nackdel med vågledaren är dess stora bredd. Vågor från flera intill varandra placerade vàgledare kan alstra en antennlob som kan sidoriktas genom att fasförskjuta de till de olika vågledarna matade vågorna. Härvid uppstår emellertid gallerlober i sidoriktningen.

Gallerlober uppstår dessutom i längsriktningen genom att slitsarna är placerade på resonant avstånd från varandra längs vågledaren. Vid tätare slitsplacering undvikes gallerloberna i den senare riktningen men stràlningsloben blir snedriktad med frekvensberoende riktning. nnnoeönnnsn rön UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att eliminera nack- delarna hos de äldre vågledarslitsantennerna. Enligt uppfinningen omfattar”vágledarantennen ett vågledarpar med tvâ ovanpå varandra belägna enmods hàlrumsvàgledare, vilka åtskiljes av en mellan- vägg. Elektromagnetiska vågor med två mot varandra vinkelråta polarisationer avges genom skilda antennportar, vilka utgöres av två skilda uppsättningar slitsar i den övre vågledarens övre vägg. De skilda antennportarna kan exciteras samtidigt eller var för sig. Genom variation av signalernas amplitud och fas till respektive antennport kan en godtycklig polarisation hos ett utsänt elektromagnetisk; fält erhållas. Den, ena antennportens slitsar exiteras av ett elektromagnetiskt fält, som matas till den övre vågledaren. Den andra antennportens slitsar exciteras av ett elektromagnetiskt fält, vilket avges från slitsar i mellan- väggen mellan de båda vågledarna. Dessa slitsar exciteras i sin tur av ett elektromagnetiskt fält, som matas till den undre vågledaren. Fältet från slitsarna i mellanväggen är ortogonalt mot fältet i den övre vågledaren och de båda fälten påverkar inte varandra i vågledaren. Fältet från de undre slitsarna exciterar lO 15 20 25 30 3 Ã469 540 lw inte den övre vågledaren utan passerar opåverkat genom denna och exciterar sin antennport i den övre vågledarens övre vägg. Den önskade polarisationen erhålles genom att de båda vågledarna matas var för sig oberoende av varandra.

Uppfinningen har de kännetecken som framgår av bifogade patent- krav.

FIGURBESKRIVNING Utföringsformer av uppfinningen skall närmare beskrivas nedan i anslutning till figurer av vilka Figur 1 visar i perspektivvy ett stycke av ett vågledarpar, Figur 2a visar i perspektivvy elektriska strömbanor i den övre vågledaren, Fifur 2b visar i perspektivvy elektriska strömbanor i den undre vågledaren, Figur 3 visar den undre vågledaren i planvy uppifrån, Figur 4 visar i perspektivvy en alternativ utföringsform av uppfinningen, Figur 5 visar i perspektivvy elektriska strömbanor i den övre vågledaren för den alternativa utföringsformen och Figur 6 ^visar' i perspektivvy en antenn sammansatt av flera vàgledarpar.

FÖREDRAGEN UTFöRINssr-onm En uppfinningsenlig vàgledarantenn 1 visas i figur 1. Antennen har en övre rektangulär hålrumsvågledare 2 och en undre rektan- gulär hålrumsvågledare 3 av elektriskt ledande material.

Vágledarna är långsträckta och placerade ovanpå varandra med sina bredsidor mot varandra och är åtskiljda av en mellanvägg 4. Den övre vågledaren 2 har i sin övre vägg 5 dels longitudinella slisar 6 vilka tillsammans utgör antennens ena antennport, dels transversella slitsar 7 vilka tillsammans utgör antennens andra antennport. Slitsarna är placerade huvudsakligen utmed en mittlinje hos den övre väggen 5. De transversella slitsarna 7 10 15 20 25 30 35 fiffl\i 469 š4o ligger' på ett ungefärligt avstånd lg från varandra, där lg betecknar en våglängd för en elektromagnetisk våg i vàgledaren 2.

Mellan två närbelägna av de transversella slitsarna 7 ligger två av de longitudinella slitsarna 6. Dessa slitsar ligger alla pâ ett ungefärligt avstånd lg/2 från. varandra så som anges i figuren. I mellanväggen 4 är longitudinella slitsar 8 upptagna som motsvarar de longitudinella slitsarna 6 i den övre väggen 5.

Enligt utföringsexemplet är slitsarna 6 och slitsarna 8 placerade parvis mittför varandra. Transversella slitsar saknas i mellan- väggen. Vid sidan om slitsarna 8 är poster 9 placerade i den undre vàgledaren 3, så som närmare skall beskrivas i anslutning till figur 3. På den övre väggen 5 är placerade längsgående, upp- rättstående bafflar 10 på ett avstånd C från vågledarens 2 kanter. De båda 'Vågledarna 2 och 3 matas var för sig' med vàgenergi på känt sätt genom rektangulära vàgledare anslutna till vågledarantennens 1 ena ände. De matande Vågledarna visas inte i figuren 1 utan antydes endast med streckade linjer 11. Vågleda- rantennen 1 har normalt större längd än vad som visas i figuren och är i sin bortre ände på känt sätt avslutad med en kortslut- ning, vilken inte är visad. Vågledarna 2 och 3 har en bredd A av ungefär storleken lg/2 motsvarande ett mått 0.7 lo, där lo är det elektromagnetiska fältets fria våglängd. Vågledarna 2 och 3 har vardera en höjd B som vanligen 'väljes B = A/2. Härigenom uppfylles ett villkor för enmodsutbredning i vågledarna.

I figur 2a visas strömbanor 12 för elektriska ytströmmar i den övre vàgledaren 2 och i figur 2b visas motsvarande strömbanor i den undre vàgledaren 3. Strömbanorna i den undre vàgledaren 3 är förskjutna med hjälp av posterna 9 så som skall visas närmare nedan. Ytströmmarna alstras av en grundmod TE10 för elektromag- netiska fält E1 och E2 som utbreder sig i de respektive vågledar- na. I figurerna är också utritade varsin elektrisk fältlinje för grundmoden TE10 hos de elektriska fälten El och E2. För tydlig- hets skull är 'Vågledarna 'visade åtskiljda och rakt ovanför varandra. De longitudinella slitsarna 6 och de transversella slitsarna 7 i den övre vàgledaren är visade i figuren liksom de longitudinella slitsarna 8 i mellanväggen 4. 10 15 20 25 30 35 ulii 469.._§fï 540 I figur 2a visas hur de transversella slitsarna 7 skär de elektriska strömbanorna 12. Slitsarna 7 exciteras av grundmoden TE10 hos fältet El så att ett elektromagnetiskt fält E3 alstras i rymden ovanför den övre vågledaren 2. Fältet E3 har sin polarisationsriktning i vâgledarens 2 längdriktning. De longi- tudinella slitsarna 6 skär inte de elektriska strömbanorna 12 och exciteras inte av fältet El. Något elektromagnetiskt fält i rymden ovanför vågledaren 2 alstras därför inte av grundmoden TE10 i vågledaren 2 av de longitudinella slitsarna 6.

I figur 2b visas hur de longitudinella slitsarna 8 i mellanväggen 4 skär de elektriska strömbanorna 13. Slitsarna 8 exciteras av grundmoden TE10 hos fältet E2, så att ett elektromagnetiskt fält E4 alstras ovanför mellanväggen 4. En fältlinje för detta fält är i figuren för tydlighets skull visad på relativt stort avstånd från mellanväggen 4, men utbreder sig i verkligheten uppåt i den övre vågledaren 2 i figur 2a från slitsarna 8 till slitsarna 6.

Denna vågutbredning är närmast att likna vid utbredning mellan parallella jordplan. Dessa jordplan utgöres i föreliggande fall av sidovâggarna med höjden B hos den övre vågledaren 2. Fältet E4 är ortogonalt mot fältet El i den övre vågledaren och de båda fälten är oberoende av varandra. Fältet E4 exciterar inte någon utbredande vàgledarmod i den övre vågledaren 2. De longitudinella slitsarna 6 exciteras emellertid av fältet E4 så att ett elektromagnetiskt fält E5 alstras i rymden ovanför den övre vågledaren 2. Fältet E5 har sin polarisationsriktning i den övre vågledarens-2 tvärriktning.

De båda fälten E3 och E5 i rymden ovanför vågledaren 2 överlagras till ett gemensamt fält. Så som tidigare nämnts är de båda fälten El och E4 i vågledaren 2 ortogonala och kan väljas helt oberoende av varandra, vilket gör att också fälten E3 och ES blir oberoende av varandra. De oberoende fälten i vågledaren 2 erhålles genom att vågledarna 2 och 3 matas oberoende av varandra med fälten El respektive E2. Genom val av amplitud och fas hos dessa fält erhålles en önskad polarisation hos det gemensamma elektriska fältet ovanför vågledaren 2. Genom att fälten E3 och E5 är oberoende av varandra kan de bära information med skilda _'. fi' i 469 s4oï innehåll.

Det elektriska fältet E5 utbreder sig i en lob som är symmetrisk kring en normal till den övre ytan 5 eftersom de longitudinella slitsarna 6 är placerade på resonanta avstånd från varandra.

Denna lob saknar störande högre ordningens lober, så kallade gallerlober, på grund av att avståndet Åg/z mellan de lon- gitudinella slitsarna 6 underskrider den fria våglängden A0.

Fältet E3 utbreder sig på motsvarande sätt i en lob som är symmetrisk kring antennens normal, men har gallerlober eftersom de transversella slitsarna 7 är placerade på avståndet lg som överskrider lo. Gallerloberna motverkas av bafflarna 10 som är upprättstående elektriskt ledande Väggar på ömse sidor om slitsarna 6 och 7. Bafflarna är placerade på den övre ytan 5 hos vågledaren 2 på ett avstånd C från den övre ytans kantlinje. En närmare beskrivning av sådana bafflar återfinnes i den svenska patentansökningen nummer 9000959-8. Det totala elektriska fältet från vågledarantennen 1 utbreder sig i en lob som är symmetriskt kring antennens normal och.saknar huvudsakligen sidolober. Lobens riktning är frekvensoberoende.

Av figuren 2a framgår det att de transversella slitsarna 7 skär strömbanorna 12 även om slitsarna förskjutes ett mindre stycke i vågledarens 2 längdriktning. En inbördes förskjutning av slitsarna kan därför tillåtas utan att antennens prestanda försämras. Det är emellertid väsentligt att slitsarna i medeltal ligger på det resonanta avståndet lg från varandra. På motsvaran- de sätt är det möjligt att förskjuta slitsarna 8 i mellanväggen 4 ett.mindre stycke i förhållande till varandra. De longitudinel- la slitsarna 6 förskjutes härvid i motsvarande grad utan att skära några av strömbanorna 12.

Placeringen av posterna 9 visas närmare i figur 3. Figuren är en planvy av den undre vågledaren 3 med mellanväggen 4 och de longitudinella slitsarna 8. Vid sidan om varje slits 8 är en post 9 placerad, omväxlande på den ena eller andra sidan om vågledar- ens 3 mittlinje i ett sicksackmönster. Posterna, som är skymda av mellanväggen och visas med streckade linjer, är cylindrar som 10 15 20 25 30 35 ,Ãs9 540 sträcker sig från vågledarens undre vägg ett stycke upp mot mellanväggen. Genom posternas 9 sicksackvisa placering erhålles den förskjutning av strömbanorna 13 som visas i figur 2b. Denna förskjutning orsakar att fältet E4 utstrâlas på önskat sätt med alla slitsarna 8 i fas med varandra.

I figur 4 visas en alternativ uppfinningsenlig vågledarantenn 21 som är sammansatt av en övre 22 och en undre 23 rektangulär hålrumsvågledare. Vågledarna är placerade på högkant pà varandra med sina smala lângsidor utmed varandra och åtskiljda av en mellanvägg 24. Den övre vågledaren 22 har i sin övre vägg 25 longitudinella slitsar 26 på avståndet lg från varandra. Mellan två närbelägna av de longitudinella slitsarna 26 är placerade två transversella slitsar 27 pá det inbördes avståndet lg/2. Alla slitsarna är placerade huvudsakligen symmetriskt utmed en mittlinje hos den övre väggen 25. Mellanväggen 24 har trans- versella slitsar 28 vilka är placerade rakt under de trans- versella slitsarna 27 i den övre väggen 25. Vågledarna 22 och 23 har samma tvärsnittsmàtt A och B som vågledarna 2 och 3 hos vâgledarantennen i figur 1.

Strömbanor 31 för ytströmmar i den övre vågledaren 22 visas i figur 5. Ytströmmarna alstras av grundmoden TEl0 hos ett elektromagnetiskt fält E6 som utbreder sig i vågledaren 22. En elektrisk fältlinje för detta fält är markerad i figuren.

Strömbanorna 31 skäres av de longitudinella slitsarna 26, vilka exciteras av fältet E6 och utstrålar ett fält E8 med sin polarisation i vågledarens tvärriktning.

Den undre vågledaren 23 matas med grundmoden TE10 hos ett elektromsgnetiskt fält, vilket orsakar ytströmmar hos denna vågledare. Strömbanor för dessa ytströmmar, vilka inte visas i någon figur, förskjutes på känt sätt med hjälp av poster eller bländare så att strömbanorna skäres av de transversella slitsarna 28 i mellanväggen. Dessa slitsar exciteras och utstrålar ett fält E7, vilket i sin tur exciterar slitsarna 27. Ett fält E9 utbreder sig från de transversella slitsarna 27 i rymden ovanför den övre väggen 25. Detta fält har sin.polarisationsriktning i vågledarens IH; I 469 54o> 8 22 längdriktning och samverkar med fältet E8 till ett gemensamt fält.

De båda vàgledarna 22 och 23 matas med sina elektromagnetiska fält oberoende av varandra. Fälten E6 och E7 i vågledaren 22 är ortogonala och påverkar inte varandra så att fas och amplitud för de utstrålade fälten E8 och E9 kan väljas utan restriktioner.

Polarisationen för det gemensamma fältet kan därigenom väljas utan restriktioner. Både slitsarna 26 och 27 ligger på resonanta avstånd från varandra så att det gemensamma fältets strålningslob är symmetriskt kring den övre väggens normal.

I de visade utföringsexemplen är hålrumsvågledarna 2, 3, 22 och 23 enkla rektangulära vàgledare. Vid ytterligare utföringsformer av uppfinningen är vàgledarna ryggvágledare eller vàgledare som invändigt är försedda med ett dielektrikum. Den undre vágledaren har i exemplen posterna 9 eller bländare för att på önskat sätt förskjuta ytströmmarna. Det är emellertid möjligt att utforma vàgledarna så att posterna.blir överflödiga, exempelvis genom att sidoförskjuta vàgledarna i förhållande till varandra. Den övre och undre vågledaren i de exemplifierade vågledarantennerna har båda samma bredd.A och höjd B, men det är enligt uppfinningen att de båda vàgledarna i en antenn har skilda tvärsnittsmàtt.

Slitsarna är i exemplen placerade längs Vågledarnas mittlinje där den magnetiska komponenten i det elektromagnetiska fältet har nollgenomgång. Det är möjligt att framställa vàgledare där denna nollgenomgång är sidoförskjuten. I dessa fall avses med uttrycket mittlinje en elektromagnetisk symmetrilinje. Enligt exemplet i figur 1 är vàgledarna avslutade genom en kortslutning men vàgledarna kan också vara vara reflexfritt avslutade med en anpassad last.

En antenn sammansatt av uppfinníngsenliga vágledarantenner l visas i figur 6. För tydlighets skull har endast en av bafflarna 10 utritats. Sá som förklarats ovan kan de övre och de undre vàgledarna 2 respektive 3 matas oberoende av varandra så att ett gemensamt elektromagnetiskt fält som utbreder sig ovanför antennen har en önskad polarisation. Vågledarnas bredd A kan O! 10 4e9É54o väljas så liten att fälten ifrån de skilda vàgledarantennerna 1 kan fás att samverka utan att gallerlober uppstår. Genom att fasförskjuta matningen till de skilda vågledarantennerna 1 kan loben för det gemensamma fältet sidoriktas.

Den uppfinningsenliga antennen har flera fördelar jämfört med hittills kända antenner. De båda antennportarna kan matas oberoende av varandra och ett fält med önskad polarisation kan alstras. Den alstrade strålningsloben är symmetrisk särskilt i vågledarnas tvärriktning. De tvâ fälten med de skilda polarisa- tionerna har gemensam apertur och gallerlober kan undertryckas med enkela medel. Antennen är enkel och är lätt att mata med vàgenergi.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 469 ä4o 5 10 PATENTKRAV Vågledarantenn omfattande åtminstone en långsträckt. hål- rumsvâgledare med longitudinella och transversella slitsar, vilken genom slitsarna utsänder elektromagnetiska fält med skilda polarisationsriktningar, k ä n n e t e c k n a d av att vågledarantennen (1;21) innefattar en övre (2;22) och en undre (3;23) vågledare som sträcker sig utmed varandra och âtskiljes av en gemensam mellanvägg (4;24), att den övre vågledarens (2;22) ovansida (5;25) har en första antennport omfattande transversella slitsar (7;27) på ett största avstånd ungefär lg från varandra, där Å är vågläng- den i vâgledaren (2;22), g att den övre vàgledarens ovansida (5;25) har en andra an- tennport omfattande longitudinella slitsar (6;26) på ett största avstånd ungefär lg från varandra, (6,7;26,z7) symmetrilinje hos den övre vâgledaren , vilken linje huvud- att slitsarna ligger' på en elektromagnetisk sakligen är vågledarens (2;22) mittlinje, att åtminstone en slits (6;27) tillhörande en av antennpor- tarna ligger mellan två varandra närbelägna slitsar (7;26) tillhörande den andra av antennportarna och att den undre vâgledaren (3;23) har antingen longitudinella (8) eller transversella (28) slitsar i mellanväggen (4;24), svarande mot de longitudinella (6) respektive transversella (27) slitsarna i den övre vâgledaren (2;22). Vågledarantenn enligt patentkrav l, k än n e t e c k n a d därav att vågledarna (2,3;22,23) har varsin ingång för matning med elektromagnetisk vàgenergi. Vågledarantenn enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a d därav att båda vågledarna (2,3) är huvudsakligen rektangulära, att mellanväggen (4) utgör rektangelns långa sida, att den undre vâgledaren (3) har de longitudinella slitsarna (8) i mellanväggen (4) och att ovansidan (5) hos den övre vâgledaren (2) har två av de longitudinella slitsarna (6) mellan tvà av de varandra 10 15 20 25 30 469: 549 F!! 11 närbelägna transversella slitsarna (7), varvid de longitudi- nella slitsarna (6) ligger på ett avstånd ungefär lg/2 från varandra . Vàgledarantenn enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e- t e c k n a d därav att båda vâgledarna (22,23) är huvudsakligen rektangulära, att mellanväggen (24) utgör rektangelns korta sida, att den undre vågledaren (24) har de transversella slitsarna (28) i mellanväggen och att ovansidan (25) hos den övre vågledaren (22) har två av de transversella slitsarna (27) mellan två av de varandra närbelägna longitudinella slitsarna (26), varvid de trans versella slitsarna (27) ligger på ett avstånd ungefär lg/2 från varandra . Vàgledarantenn enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d därav att, (3), fältförskjutande utspràng (9) är placerade vid sidan om de longitudinella slitsarna (8), varvid varannan av slitsarna har sina utspràng (9) på ena sidan om vågledarens (3) mittlinje och varannan av i den 'undre 'vågledaren slitsarna har sina utspràng på andra sidan om mittlinjen. Vàgledarantenn enligt.patentkraven 1,2,3 eller 5, k ä n n e - t e c k n a d av att den övre vågledaren (2) på sin ovansida (5) har upprättstàende, (10), bafflar, som sträcker sig utmed vågledaren (2) på båda sidor elektriskt ledande väggar om slitsarna (6,7). Vàgledarantenn enligt patentkraven 1-6, k ä n n e- t e c k n a d därav att vâgledarna (2,3: 22,23) har en reflexionsfri avslutning. Vàgledarantenn enligt patentkraven 1-6, k ä n n e- t e c k n a d därav att vâgledarna (2,3: 22,23) har en kortsluten avslutning.