SE511129C2 - Förfarande vid antennanordning innefattande matarnät samt antennanordning ingående i ett hjälpsystem för fordon - Google Patents

Description

511 129 elevationsplanet genom uppdelning av strålningselementet och matning av det uppdelade strålningselementet enligt minst en första och en andra eiïektfördelningsmodell, samt en antennanordníng känneteclcnad av att det strålande elementet är utformat uppdelat i minst två strålande delelement och att matarnätet innefattar ett fördelningsnät inrättat att fördela signalefielcten mellan de strålande delelementen enligt minst två olika eiïektfördelningsmodeller.

Med fascentrum avses här en punkt i rummet fixerad i förhållande till antennen.

För denna punkt gäller idealt att den från antennen utstrålade vågen har samma fasläge på alla sfárer med medelpunkt i denna punkt. Punkten kan också ses som den punkt där strålning sker, dvs strålningens origo. För de allra flesta antenner firms ingen sådan punkt, men om fasläget är konstant över den del av sfaren som begränsas av huvudloben kallas sfárens medelpunkt ändå för antennens fascentrum. För mer ingående beskrivning av fascentrum hänvisas till IEEE Standard Test Procedures for Antennas, AN Sl/IEEE Std 149-1979, ISBN O-471- 08032-2.

De två effektfördelningsmodellema resulterar i generering av två olika lober i elevation. Man kan därvid låta den ena loben, normalloben, peka rent horisontellt, medan den andra loben, elevationsloben, får peka något uppåt, t. ex. 2-4 grader över horisontalplanet. Båda loberna kan scarmas i azimuth.

Fördelningen av effekt mellan de uppdelade strålningselementen kan göras stegvis eller kontinuerligt allt efter önskad typ av svep hos antennanordningens 1ob(-er). Enligt ett föredraget utförande fördelas effekten mellan de strålande delelementen så att för generering av elevationsloben all effekt tilldelas ett enda strålande delelement, medan för normalloben eiïekten fördelas mellan två strålande delelement så att båda delelementen mottager eflekt.

Utförandet av antennanordningens strålande element kan varieras i många avseenden. Bl a kan enligt ett övervägt utförande antennanordningen irmefatta ett 1 1 1 2 9 separat strålande element för mottagning och ett separat för sändning och kan antingen det ena strålande elementet eller båda vara uppdelat(-de) i två strålande delelement. Möjligheten att variera de strålande elementens utformning inom vida ramar, medger bl a att kostnaden för det totala antalet komponenter som behövs, kan pressas.

Enligt ett fördelaktigt utförande utgörs de strålande delelementen av horn.

Antennanordningens reflektorsystem kan vara av Cassegraintyp för fördelning resp. fokusering av strålningen och ett kombinerande av horn som strålande delelement med reflektorsystem av Cassegraintyp har visat sig gynnsamt.

För att fördela signalefïfekten mellan de strålande delelementen enligt två effektfördelningsmodeller innefattar enligt ännu ett fördelaktigt utförande fördelningsnätet en första och en andra hybrid och en fasvridare, varvid den ena utgången på första hybriden är kopplad direkt till ena ingången på den andra hybriden och den andra utgången på den första hybriden är kopplad till den andra ingången på den andra hybriden via fasvridaren. Fasvridaren kan vara variabel.

Genom att variera fasvridningen i den variabla fasvridaren kan effekten fördelas godtyckligt mellan två anslutna strålande delelernent. Med fördel kan fasvridaren tilldelas ett första och ett andra fast läge så att i det första läget effekten fördelas mellan de strålande delelementen och i det andra läget hela effekten matas i ett av de strålande elementen.

Hybridema kan utgöras av 90-graders hybrider, men det är även tänkbart att införa arman hybridtyp, exempelvis ISO-graders hybrider.

Uppfinningen kommer nedan att beskrivas närmare medelst ett utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningar, där: Ligur_l visar en känd reflektorantenn av Cassegraintyp.

Ligg; i frontvy och sidovy schematiskt visar ett strålande elementet enligt uppfirmingens principer uppdelat i två strålande delelement. 1 1 1 2 9 Figur 3 visar en principsldss på matamätet.

Figg 4a och 4b i frontvy schematiskt visar ett andra och ett tredje utfóringsexempel på de strålande elementens utformning.

Den i figur 1 visade kända reflektorantennen av Cassegraintyp innefattar ett strålande element i form av ett horn 1, en huvudreflektor 2, och en subreflektor 3, vilka två reflektorer utgör reflektorantennens reflektorsystem. Subreflektom 3 tillsammans med en bottendel 4, en toppdel 5 och ej närmare visade sidoväggar bildar antennenhetens yttre avgränsning. Huvudreflektom 2 uppför sig här elektriskt som ett plan och subreflektom 3 har cylindrisk parabelforrn. Påpekas kan att det även är möjligt att använda huvudreflektor med lämplig krökt form, till exempel parabelform. Antennen är horisontalpolariserad. Genom samverkan mellan hornet och rcflektorema åstadkoms en skivfomíg lob (ej visad) avsedd att avsöka ett omrâde i horisontalplanet. Avsölmingen i horisontalplanet åstadkoms genom att huvudreflektorn är roterbart anordnad exempelvis i 6-7° kring en vertikal central axel, varvid antennen kan styras ut i den dubbla vinkeln i horisontalplanet. Ett lärnpligt frekvensområde för antennen är 76-77 GHz.

Huvudreflektorn är vidare polarisationsvridande 90°. Den är även fokuserande i vertikal led. Subreflektom verkar fokuserande i horisontell led. Den är en så kallad ”Uansreflektoffl dvs den uppträder reflekterande med avseende på en polarisation (linjär vertikal), medan den är transparent med avseende på den ortogonala (linjär horisontell). Reflektion av den vertikala polarisationen åstadkoms medelst ett vertikalt etsat remsrnönster. I figuren har strålgången visats medelst streckade linjer 6, 7 och 8 och fi- och fl-fälten markerats med pilar. Det framgår därvid av dessa markeringar att strålningen undergår en polarisationsvridning på 90 grader i huvudreflektom mellan de streckade linjema 7 och 8.

Reflektorsystemet 2, 3 är ”ofiset matat” via det strålande elementet i form av ett vågledarbaserat vertikalpolariserat sektoriellt E-planhom. Syftet med 1 1 1 2 9 offsetmatningen är dels att säkerställa ett lågt stående-våg-förhållande, SVF och dels att så långt som möjligt imdvika matarblockering.

Om antennen ses som en sândarantenn, kan antennens fimktion förklaras på följande sätt: En från matarhomet 1 utgående vertikalpolariserad våg initierad från en signalkålla reflekteras i subreflektom 3 och fokuseras med avseende på horisontalplan. Den från subreflektom plana utgående vertikalpolariserade vågen reflekteras och polarisationsvrids sedan i huvudreflektorn 2 varefter den passerar ut genom subreflektom.

En förutsättning för att den ovan beskrivna antennens lob skall ligga i horisontalplanet är att matarhomets 1 fascentrurn ligger i reflektorsystemets fokalpunkt. Om matarhomet I flyttas något nedåt så homets fascentmm hamnar nedanför fokalpunkten, kommer loben att peka något uppåt. Avståndet från fokalpunkten bestämmer lobens vinkel i elevationsled.

Vår idé för att få elevationsupplösning bygger på att man delar upp det strålande elementet i strålande delelement. I figur 2 visas schematiskt uppdelningen av ett strålande element i form av ett matarhom i två mindre hom 1.1, 1.2 separerade i höjdled, varvid den vänstra delen visar hornen i firontvy och den högra delen homen i sidovy. Genom att fördela efiekten godtyckligt mellan de två hornen åstadkoms en scanning i elevationsled mellan en max. och en min. vinkel. För att få en lob i horisontalplanet fördelas effekten mellan de två homen så att den sammanlagda strålningen från homen får sitt fascentnnn i fokalpunkten. Fördelas all effekt till det nedre hornet kommer loben att peka något uppåt. Enligt ett förslag till uppdelning av matarhomen ges det övre hornet minst dubbelt så stor appertur som det nedre homet genom ökad utsträckning i verfikalplanet. En fördelning av den tillgängliga effekten så att ca -1,5 dB matas in i det övre homet och ca -5,2 dB matas in i det nedre hornet kan få den sammanlagda strålningens fascentmm att ligga i fokalptmkten. Om all effekt matas in i det nedre homet 1 1 1 2 9 kommer fascentmm för strålningen att hamna under fokalpunkten. Detta leder till att en elevationslob genereras som pekar några grader över horisontalplanet.

I figur 3 visas en principskiss på ett lämpligt matarnät 9 för matning av ett uppdelat strålande element i form av ett nedre och ett övre horn 1.1, 1.2.

Matamätet 9 är anslutet till en signalkälla 10 i form av en signalgenerator. I matarnätet innefattas ett fördelningsnät, som i principslcissen är identiskt med matamätet, för fördelning av effekten mellan det övre och nedre homet.

Fördelningsnåtet innefattar två 90-graders hybrider 11, 12 och en variabel fasvridare 13.

Med hybrid avses i detta sammanhang en komponent som delar upp inkommande ledningsburen mikrovågsenergi mellan två utgående ledningar.

Effekten i de två utgående ledningama är lika stor men fasvriden i förhållande till varandra. Hybriderna uppdelas i två olika grupper beroende på fasdiiïerensen i de två utgående ledningarna, nämligen 90-graders hybrider och 180-graders hybrider, resulterande i 90-graders respektive l80-graders fasdififerens mellan hybridens utgående ledningar. Hybriderna är oftast försedda med två ingångar och två utgångar och tillhör mikrovågskonstruktörens standardkomponenter.

Inkommande effekt från signalkällan 10 matas in i den första 90-graders hybriden l 1, vars ena utgång är kopplad direkt till ena ingången på den andra 90-graders hybriden och vars andra utgång är kopplad via fasvridaren 13 till den andra ingången på den andra hybriden 12. Den andra hybridens första utgång är kopplad till det övre hornet 1.2 och den andra utgången är kopplad till det nedre hornet 1.1.

Genom att variera fasvridningen i den variabla fasvridaren 13 kan den av signalkällan 10 avgivna effekten fördelas godtyckligt mellan de två homen 1.1, 1.2. Den variabla fasvridaren kan ges två fasta lägen, ett första där effekten fördelas mellan det övre och nedre hornet och ett andra där all effekt fördelas till 511 12i9 det nedre hornet. En omkoppling mellan dessa två fasta lägen innebär att antennloben flyttas mellan två olika elevationsvinklar, t ex mellan en normallob i horisontalplanet, första läget, och en elevationslob pekande några grader uppåt relativt horisontalplanet, andra läget.

I det fall att antennen arbetar som mottagarantenn, förmedlas av homen 1.1, 1.2 fi-ån fria rymden mottagna signaler via fördelningsnätet till en ej visad signalmottagare inkopplad på samma sida av fördelningsnätet som signalkällan.

Enligt den i figur 4a visade frontvyn av antennanordningens strålande element i ett andra utföringsexempel har antennanordningen försetts med två strålande element 14 och 15, varvid det ena utnyttjas för sändning och det andra för mottagning. De två strålande elementen 14, 15 är uppdelade i strålande delelement 14.1, 14.2 resp. 15.1, 15.2 anordnade över varandra. Fördelningen av effekt mellan ett övre och ett undre samhörande delelement sker enligt samma principer som beskrivits ovan för ett utförande med gemensamt strålande element för sändning och mottagning.

Figur 4b visar ett tredje utföringsexempel på utformningen av de strålande elementen. Antermanordningen har i likhet med utföringsexernplet enligt figur 4a försetts med två stålande element 14, 15. Det ena strålande elementet är avsett för sändning och det andra för mottagning. I detta fall är endast ett av de strålande elementen 14 uppdelati delelement 14.1, 14.2. Här kan det strålande elementet 14 användas för sändning och det strålande elementet 15 för mottagning. Det omvända att använda det strålande elementet 15 för sändning och det strålande elementet 14 för mottagning är även möjligt. Genom att avstå från att uppdela det ena strålande elementet 15 i delelement kan antalet erforderliga komponenter reduceras. Man får emellertid räkna med reducerat svep i elevationsled.

Det ovan beskrivna utrlöringsexemplet tillämpande vår uppfinningsidé skall inte ses som begränsande för uppfmningen, utan inom uppfmningens ram, såsom den 51 1 1 2 9 definierats i de till beskrivningen fogade patentkraven, ryms ett flertal alternativa utföranden. Reflektorsystemet behöver inte bestå av en Cassegrain-konfigtlration utan andra reflektorsystem är tänkbara, såsom exempelvis olika system av enkellnökta, dubbellaökta och/eller plana reflekterande ytor avsedda att fördela effekten från det strålande elementet på ett önskat sätt i rummet altemativt att fokusera infallande strålning från rummet till det strålande elementet. Det strålande elementet behöver inte utgöras av horn utan alla andra typer av strålande element kan övervägas, till exempel strålande element baserade på patch-teknik.

Claims (13)

l0 15 20 25 30 Patentkrav

1. Förfarande för att hos en antennanordning innefattande matamät, strålningselement och reflektorsystem och som scannar rummet i ett första plan åstadkomma ökad upplösning i ett andra mot det första planet vinkelrätt plan, kärmetecknat av att strålningselementets fascentrum förflyttas relativt reflektorsystemet i elevationsplanet genom uppdelning av strålnjngselementet och matning av det uppdelade strålningselementet enligt minst en första och en andra effektfördelningsmodell.

2. Förfarande enligt patentlcravet 1, kännetecknat av att fördelningen av effekt mellan de uppdelade strålningselementen omkopplas i steg för stegvis förflyttning av antennanordningens lob.

3. Förfarande enligt patentkravet l eller 2, kännetecknat av att enligt den första effektfördelningsmodellen all efiekt fördelas till en enda uppdelad del av strålningselementet och att enligt den andra eiïektfördelningsmodellen efiekten fördelas mellan de uppdelade delarna av strålningselementet så att varje uppdelad del tilldelas effekt enligt ett fixt inbördes förhållande.

4. Förfarande enligt patentluavet 1, kännetecknat av att fördelningen av effekt mellan de uppdelade strålningselementen ändras kontinuerligt för generering av kontinuerligt svep hos antennanordningens lob.

5. Antennanordning ingående i ett enligt radarprinciper arbetande hjâlpsystem för fordon, vilken anordning är ansluten till en signalkâlla och/eller en signalmottagare och innefattar matamät, strålande element, samt reflektorsystem för fördelning av från det strålande elementet avgiven eiïekt resp. fokusering av infallande strålning från rummet till det strålande elementet, kånnetecknad av att det strålande elementet är utformat uppdelat i minst två strålande delelement 511 129 .10, 511 129 10 15 20 25 och att matarnätet innefattar ett fördelningsnät inrättat att fördela signaleffekten mellan de strålande delelementen enligt minst två olika efiektfördelningsmodeller.

6. _ Antennanordning enligt patentkravet 5, kännetecknad av att det strålande elementet är uppdelat i två delelement anordnade över varandra.

7. Antennanordning enligt patentlcravet 5, kännetecknar! av att antennanordningen innefattar ett separat strålande element för mottagning och ett för sändning och att åtminstone det ena av de två separata strålande elementen är utformat uppdelat i två strålande delelement.

8. Antennanordning enligt något av föregående patentkrav 5-7, kännetecknad av att de strålande delelementen utgörs av hom.

9. Antennanordning enligt något av föregående patentkrav 5-8, kännetecknad av att fördelningsnätet innefattar en första och en andra hybrid och en fasvridare, varvid den ena utgången på första hybriden är kopplad direkt till ena ingången på den andra hybriden och den andra utgången på den första hybriden är kopplad till den andra ingången på den andra hybriden via fasvridaren.

10. Antennanordning enligt patentkravet 9, kännetecknad av att hybridema är 9O-g1aders hybrider.

ll. Antennanordning enligt något av patentkraven 9 eller 10, kännetecknad av att fasvridaren är variabel.

12. Antennanordning enligt något av patentkraven 9-1 1, kännetecknar! av att fasvridaren innefattar ett första och ett andra fast läge, i vilket första läge effekten 11 ' ' i 51 1 1 2 9 fördelas mellan de strålande delelementen och i vilket andra läge hela effekten matas i ett av de strålande delelementen.

13. Antennanordning enligt något av föregående patentlciav 5-12, kännetecknad 5 av _att reflektorsystemet är av Cassegmintyp iör fördelning resp. fokusering av strålningen.