SE501714C2 - Gruppantenn - Google Patents

Description

15 20 25 30 501 714 ß Reflexion kan främst inträffa då den infallande strål- ningens frekvens är inom samma frekvensområde som gruppan- tennen är avsedd för. Då den infallande strålningens riktning är sådan att dess elektriska fältvektor i huvudsak befinner sig i samma plan som strålningselementens (slit- sarnas) elektriska fältvektor, kommer strålningselementen att exciteras och därigenom utsända strålning. Då fasskill- naden mellan strålningen från två slitsar motsvarar en hel våglängd, sammanlagras strålningen och en plan vågfront bildas, vilken utbreder sig i en bestämd riktning.

Man kan visa att vid de vanligast förekommande dimensioner- na på vågledarna kommer, vid en infallsriktning på ungefär 45°från antennens huvudriktning, en vågfront, som utbreder sig j_ motsatt riktning, att bildas. Strålningen kommer således att reflekteras tillbaka mot strålningskällan. I vissa tillämpningar är detta inte önskvärt, bland annat beroende på att interferensfenomen kan uppstå. I radarsam- manhang är det en olägenhet att en passiv (icke sändande) antenn kan ge en kraftig reflex och därigenom avslöja sin position. Ändamålet med föreliggande uppfinning är därför att reducera dessa inte önskade reflexer och på så sätt minska riskerna för interferens och radarupptäckt.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ovannämnda syfte uppnås genom en gruppantenn enligt föreliggande uppfinning, vars kännetecken framgår av efterföljande patentkrav 1.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar en del av en av vågledarslitsantenner sammansatt gruppantenn; Figur 2 visar ett snitt genom antennen i figur 1; 10 15 20 25 30 501 71-4 .3 visar en föredragen utföringsform av uppfin- Figur 3 ningen.

FÖREDRAGEN UTFöRINGsFoRM _ För att underlätta förståelsen av uppfinningen skall inledningsvis uppkomsten av återstrålning/reflexioner från en vågledarslitsantenn beskrivas.

I figur 1 visas en del av en sådan antenn. Antennen utgörs av ett antal vågledare IL placerade intill varandra. I vardera vågledaren är strålningselement i form av slitsar Slitsarnas 2 anordnade. längdriktning är i huvudsak parallell med vågledarnas längdriktning.

Figur 2 visar ett snitt genom antennen längs linjen II-II i figur 1. Mot vågledarna 1 infaller från sidan längs linjen 6 strålning 3, exempelvis en plan vågfront. Linjen 6 bildar en vinkel 9 mot normalen 4 mot antennens yta. Den plana vågfronten når slitsarna 2 och exciterar dessa.

Slitsarna kommer därvid att utsända strålning i olika riktningar.

I figur 2 anger referensnumret 5 en streckad linje som är vinkelrät mot linjen 6 och som går genom en slits 2”.

Avståndet längs linjen 6 mellan linjernas skärningspunkt 10 och en slits 2',genom vilken linjen 6 passerar, är be- tecknad med 7.

Det är känt att en vågledares bredd normalt är av storleks- ordningen 0,7 A0 där X0 betecknar våglängden i fri rymd.

Avståndet mellan slitsarna i 'två närliggande vågledare kommer således att vara cirka 0,7-AW Det är vidare känt att då fasskillnaden mellan strålningen från ett antal strålningskällor motsvarar ett antal hela våglängder, bildas en plan vågfront. Om därför fasändringen 10 15 20 25 30 501 714 7 för en våg, som infaller längs linjen 6, mellan skärnings- punkten 10 och slitsen 2' och tillbaka till skärnings- punkten är lika med Å0, kommer den att samverka med åter- strålningen från slitsen 2”. Detta innebär att då avståndet 7 är lika med M2 kommer en vågfront att utbreda sig längs linjen 6, bort från antennen. Detta inträffar då X0/2 = 0,7-X0-sin9 ...(A), det vill säga för 6z45°. Om antennen belyses från denna riktning kommer således strålningen att reflekteras tillbaka i motsatt riktning.

I en gruppantenn sammansatt av ett stort antal vågledar- slitsantenner kommer strålningen från slitsarna att samverka med en kraftig reflex som följd.

Figur 3 visar en föredragen utföringsform av uppfinningen.

Mellan elektriskt ledande element 8, placerats slitsarna 2 har parallella, exempelvis metallskivor, tvärs vågledarnas och slitsarnas längdriktning, det vill säga i huvudsak parallellt med. strålningselementens elektriska fältvektor. avståndet 9 mellan två skivors motstående ytor förändras.

Genom att välja olika skivtjocklekar kan När en utifrån kommande plan våg, med en infallsriktning som är parallell med metallskivorna 8 och som bildar vinkeln 9 mot normalen 4, utbreder sig mellan metallskivor- na, kommer dess våglängd att förändras. Utrymmet mellan metallskivorna kommer nämligen att tjäna som en vågledare vars våglängd bestäms av avståndet 9. Denna våglängd benämns i det följande ÄV I analogi med det tidigare härledda uttrycket (A) kan man för vågutbredningen mellan metallskivorna 8 teckna följande uttryck för det fall då slitsarna samverkar: 10 15 20 25 501 714 5 Å1/2 = 0,7-Ä0 sine, ...(B), där Glär den infallande vågens riktning i förhållande till normalen 4 mellan metallskivorna 8.

Det är känt att då en våg från ett medium passerar in i ett annat medium kommer dess hastighet (fashastighet) att förändras, vilket innebär att vågens utbredningsriktning ändras. Tillämpat på det nu behandlade fallet när en våg från "fri rymd" passerar in i en av metallskivorna 8 bildad vågledare kan därför, eftersom fashastigheten i medierna är proportionella mot respektive våglängder, följande samband tecknas: Äy sin9= ÄG- sine, . .. (C), där enligt ovan således 6 anger utbredningsriktningen för vågen i. "fri rymd" och 6, motsvarande riktning mellan skivorna 8.

Kombineras uttrycken (B) och (C) finner man att slitsarna även i fallet med metallskivor samverkar för sin6 = (2-0,7)*, det vill säga för samma 6 som i fallet utan metallskivor.

Vid gränsfallet 6, = 90° (sine, = 1) kommer den infallande vågen inte att tränga in mellan slitsarna utan utbreder sig längs skivornas kanter. Med hjälp av uttrycket (C) kan man konstatera att detta inträffar för 6 = arcsin(N¶ÅQ ...(D).

Då 6 är större än gränsfallsvinkeln kommer huvuddelen av den infallande vågen att reflekteras bort från infalls- riktningen, nämligen i en riktning 2-6 från infallsrikt- 10 15 20 25 30 501 714 ningen (spegling), medan en endast en mindre del av vågens fält utbreder sig mellan skivorna och når slitsarna.

Såsom visats kan reflexioner från en vågledarslitsantenn, antingen den är försedd med metallskivor 8 eller inte, uppkomma vid en infallsvinkel 2 45% Med hjälp av uttrycket (D) kan man beräkna ett värde på N som innebär att gräns- fallet inträffar vid exempelvis 6 = 40% Detta medför att vid infallsvinklar > 4Ukommer huvuddelen av den infallan- de vågen att reflekteras bort medan endast en mindre del av strålningen når slitsarna. Dessa kommer därför bara att exciteras i mindre omfattning, vilket medför en kraftig minskning av reflexionen.

Med utgångspunkt från det beräknade värdet på Ä, kan motsvarande avstånd 9 mellan skivorna 8 beräknas med för fackmannen kända samband och metoder.

Skivornas höjd över vågledarytan påverkar storleken av det fält som når slitsarna. Praktiska försök visar att en undre gräns för höjden är cirka 0,5 Å0. Vid denna höjd erhålles en undertryckning av reflexerna med storleksordningen 20 dB. Högre skivor förbättrar undertryckningen ytterligare.

Den övre gränsen för skivhöjden bestäms dock i första hand av vilka antenndimensioner som kan tillåtas. Ur under- tryckningssynpunkt spelar det inte någon roll om skivorna har elektrisk kontakt med vågledarytan eller inte.

Genom. att välja lämplig skivtjocklek och -höjd är det således möjligt enligt uppfinningen att åstadkomma en gruppantenn där de inte önskade reflexerna reduceras.

I utföringsexemplet har uppfinningen tillämpats på en gruppantenn bestående av vågledarslitsantenner. Anordningen kan dock med fördel utnyttjas även på andra typer av antenner där strålning från flera element sammanlagras. 591 714 Strålningselementen kan således utgöras av dipoler, slitsar utförda i planledarteknik etc.

Uppfinningen är ej begränsad till de ovan nämnda utförings- formerna utan kan varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven.

Claims (5)

501 714 10 15 20 25 PATENTKRAV

1. Gruppantenn omfattande ett antal strålningselement (2) kännetecknad därav, att gruppantennen är försedd med en anordning för att reducera infallande strålnings (3) reflexion i en riktning' motsatt den infallande strål- ningens, varvid anordningen omfattar elektriskt ledande element (8), vilka är placerade mellan strålningselementen och i huvudsak parallellt med strålningselementens elekt- riska fält.

2. Gruppantenn enligt patentkrav 1, kännetecknad därav, att avståndet (9) mellan ytorna på två närbelägna elekt- riskt ledande element (8) är så valt att den infallande strålningens (3) utbredning mellan de elektriskt ledande elementen (8) i huvudsak elimineras för infallsriktningar (9) som ger upphov till reflexioner i en riktning motsatt infallsriktningen.

3. Gruppantenn enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad därav, att gruppantennen utgörs av vågledarslitsantenner.

4. Gruppantenn enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad därav, att strålningselementen (2) utgörs av dipoler.

5. Gruppantenn enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad därav, att de elektriskt ledande elementens (8) höjd är större än den infallande strålningens (3) halva våglängd i fri rymd.