SE513472C3 - Matningsnät vid gruppantenn - Google Patents

Description

lO 513 472 2 En vanligt förekommande antenntyp har elektrisk lobstyrning i höjdled, men en fast lob i sidled. En sådan antenn har två uppsättningar matningsnät, dels ett flertal (ofta lika) för matningen av varje horisontell rad av antennen, dels ett med inbyggda variabla fasändrare som matar de enskilda raderna i höjdled. Det är särskilt angeläget att i dessa fall erhålla en låg vikt och låg tillverkningskostnad för de fasta horisontella näten, eftersom dessa förekommer i stort antal i varje antenn.

Kompakta sådana matningsnät kan realiseras med planledar- teknik. Detta ger dock flera nackdelar, bl a höga förluster och låg effekttålighet. En ur många synpunkter bättre teknik är att använda matningsnät utförda med vågledare.

För att bland annat kunna realisera en tillfredsställande bandbredd är det väsentligt att den elektriska väglängden från antennenswmatningspunkt till varje strålningselementen är lika. Detta kan lätt uppnås med ett vågledarnät som är uppbyggt av upprepade parallella förgreningar. Ett sådant nät får dock stora dimensioner och hög vikt, vilket ofta inte kan accepteras.

En annan vågledarlösning kan baseras på seriematning, vilket ger mindre dimensioner, men en i allmänhet inte önskvärd frekvensberoende lobriktning.

För att klara belastningsvariationerna från strålnings- elementen kan man i de ovan tänkta näten behöva använda förgreningskomponenter (effektuppdelare) av fyrportstyp.

Den fjärde porten är avslutad och till för att absorbera eventuella obalanser i reflektionerna från lasten. Exempel på möjliga komponenter är magiska T, 90%s hybrider mm.

Dessa blir dock ofta alltför utrymmeskrävande, och ökar dessutom kostnaden. 513 472 3 Olika seriematade gruppantenner är kända. Det amerikanska patentet US 3,438,040 är ett exempel på en anordning där strålningselementerni en gruppantenn seriematas. Effektupp- delningen synes ske genom variation av vågledardimensioner- na. Denna lösning på problemet är emellertid mindre lämplig då effektfördelningen skall göras i det magnetiska planet beroende på att en förändring av vågledarbredden kommer att påverka såväl vågledarvåglängden som impedansen.

Också det amerikanska patentet US 3,977,006 beskriver en seriematad gruppantenn. I denna fördelas effekten genom slitsar i en matningsvågledare, varvid varje slits matar en till ett strålningselement ansluten vågledare. På grund av polarisationsvridningen i slitsarna måste de matade vågledarna placeras vridna 90°i förhållande till matnings- vågledaren, ett arrangemang som blir utrymmeskrävande, speciellt i "höjdled". Genom att slitsarnas egenskaper är frekvensberoende kommer anordningen dessutom att vara förhållandevis smalbandig.

REDQGÖRELSE FöR UPPFINNINGEN Ett ändamål med uppfinningen är därför att i en gruppantenn realisera ett billigt, effekttåligt matningsnät med låg vikt, som likfasigt matar strålningselement längs en rad strålningselement i en gruppantenn enligt en noga före- skriven amplitudfördelning, för att därmed uppnå mycket goda sidlobsprestanda och låga förluster.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att integrera strålningselementen i matningsnätet.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att minimera antalet avslutningar och andra tillkommande komponenter i nätet, så att alla funktioner kan erhållas genom en 513 472 4 struktur som lätt kan tillverkas med så få lösa delar som möjligt.

Nämnda ändamål uppnås genom ett matningsnät som kombinerar serie- och parallellmatning och där effektfördelningen sker i det magnetiska planet. Nätet utgörs således av ett antal seriekopplade greningspunkter i vilka den tillförda mikrovågssignalen fördelas mellan en vågledare och efter- följande greningspunkt. Varje vågledare är ansluten till en parallellförgreningi.vilkenndkrovågssignaleni.vågledaren fördelas till ytterligare parallellförgreningar eller direkt till strålningselement. Vågledarnas längder väljs så att den elektriska väglängden från nätets matningspunkt till parallellförgreningarna är lika varigenom kravet på likfasig matning av strålningselementen uppfylls.

Genom kombinationen av serie- och parallellmatning erhålles ett nät son\ kan utformas kompakt i djupled (avståndet mellan gruppantennens anslutningspunkt och strålnings- elementen) samtidigt som fördelningen i det magnetiska planet innebär att nätets höjd kan hållas låg.

Matningsnätet är vidare så utformat att det exempelvis kan tillverkas av ett fåtal delar, exempelvis genom att greningspunkter, vågledare och strålningselement fräses ur ett metallblock som därefter sluts med ett lock.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar ett del av en gruppantenn med matningsnät enligt uppfinningen.

Figur 2 visar detaljer i gruppantennens strålningsele- ment. 513 472 FöREnRAGEN UTFöRINGsFoRM Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas i form av ett exempel på en föredragen utföringsform och med hänvisning till figur 1.

Figur 1 visar en del av en gruppantenn med ett möjligt utförande av ett effektuppdelande matningsnät enligt uppfinningen. Matningsnätet kan utgöras av vågledare som i form av kanaler är frästa ur ett metallblock, exempelvis aluminium. Det fullständiga nätet erhålles sedan ett plant lock monterats på kanaldelen och sammanfogats med detta genom exempelvis saltbadslödning.

I det visade exemplet är kanalernas "djup" mindre än dess bredd. "Djupet" svarar mot höjden i de vågledare som bildas då det plana locket monterats. Effektfördelningen kommer således att göras i vågledarnas magnetiska plan (H-planet).

Den visade delen av gruppantennen utgörs av två delar 1 och 2 som är spegelsymmetriska med avseende på delningslinje 3.

På delningslinjen 3 är antennens gemensamma anslutnings- punkt 4 placerad. Den från en yttre signalkälla till anslutningspunkten 4 tillförda signalen fördelas i en första greningspunkt 5 mellan de två delarna 1 och 2. I det följande beskrivs en av delarna.

Från den första greningspunkten 5 leds signalen via en vågledare 6 till andra greningspunkt 7. I denna fördelas signalen mellan en vågledare 8 och en tredje greningspunkt 9. Vågledaren 8 leder till en parallellförgrening 10 som fördelar signalen i vågledaren mellan ytterligare två parallellförgreningar 11 och 12 som fördelar signalen till de fyra strålningselementen 13-16.

I de fall då antalet strålningselement är begränsat kan de ytterligare två parallellförgreningarna 11 och 12 utgå och 513 472 6 två strålníngselement kan istället matas direkt från parallellförgreningen 10.

I den tredje greningspunkten 9 fördelas den tillförda signalen också mellan en vågledare 17 och en ytterligare greningspunkt 18. Liksom vågledaren 8 leder vågledaren 17 till parallellförgreningar som liksom de tidigare nämnda förgreningarna 10-12 fördelar signalen i vågledaren till fyra andra strålningselement.

Den nu beskrivna successiva fördelningen av signalen mellan vågledare och seriekopplade greningspunkter upprepas det antal gånger som erfordras för att alla strålningselement skall erhålla matning. I den sista greningspunkten, i figuren markerad med 19, fördelas signalen mellan en vågledare 20 och en anpassad last 21 som förhindrar att reflexioner uppstår. Den anpassade lasten 21 kan dock utgöras av ytterligare en vågledare som, i likhet med vad som tidigare beskrivits, är ansluten till parallellförgre- ningar och därefter följande strålningselement.

Alla seriekopplade greningspunkter (7, 9, 18, 19) är treportar (saknar en fjärde port med avslutning). Funktio- nen för de seriekopplade greningspunkterna är den samma, varför endast den andra greningspunkten 7 närmare beskrivs.

I greningspunkten 7 fördelas effekten i vâgledaren 6 mellan vågledaren 8 och "nästa" greningspunkt 9. Effekten överförs från vågledaren 6 till greningspunkten 7 genom en port 22 i den för vågledarna 6 och 8 gemensamma väggen 23. Effekt- delningsförhållandet bestäms av placeringen av en mellan- vägg 24, placerad framför porten 22, vinkelrätt mot den porten motstående vågledarväggen 25. Effektfördelningen påverkas därvid så att om mellanväggen 24 förskjuts mot nästa greningspunkt 9 kommer mindre effekt att tillföras denna och mera effekt tillförs vågledaren 8. Förskjuts 513 472 7 mellanväggen mot vågledaren 8 erhålles en motsatt föränd- ring av fördelningen.

Den osymmetriska delningen 'medför vissa små fasfel på utgångarna av varje greningspunkt, som emellertid kompense- ras lokalt med fasta fasändrare i form av induktiva och/eller kapacitiva bländare 26 i vågledarna.

Varje greningspunkt är omsorgsfullt optimerad så att den visar en god anpassning mot utgångarna på föregående greningspunkt. Optimeringen görs med modern analys- och beräkningsteknik, som också klarar de osymmetriska del- ningsförhållanden som ingår i nätet.

Optimeringen innebär också att den till antennen tillförda mikrovågssignalen med stor noggrannhet kan fördelas mellan strålningselementen. Åntennens strålningsegenskaper kan därför anpassas till olika krav.

Då vågledarteknik utnyttjas för matningsnätets alla delar erhålles en god effekttålighet och god mekanisk stabilitet.

Greningspunkterna och vågledarna är så förskjutna och riktade att utgångarna stämmer med vågledarbredden, samtidigt som den resulterande elektriska väglängden från anslutningspunkten 4 till utgångarna (strålningselementen) kan göras lika lång för alla utgångar, vilket innebär likfasig matning av strålningselementen och därmed stor bandbredd.

Strålningselementen utgörs av den direkta fortsättningen på parallellförgreningarna, dvs inga extra komponenter eller kopplingsanordningar erfordras. Elementens aktiva impedans anpassas till utgångarna på parallellförgreningarna med bländare, som integreras i samma struktur som matnings- nätet. 513 472 8 Ett exempel på detta återfinns i figur 2 som visar paral- lellförgreningen 11 och de två strålningselementen 13 och 14. I dessa är induktiva och kapacitiva bländare 27 respektive 28 anordnade på vågledarväggarna.

Genom integreringen av matningsnät och strålningselement i samma struktur och genom en seriematning som ej ställer krav på avstånd mellan greningspunkterna är det möjligt att placera vågledarna sida vid sida, varigenom det geometriska avståndet från antennens matningspunkt till strålnings- elementens öppningar kan göras kort.

Möjligheten att på ett noggrant sätt fördela mikrovågssig- nalen mellan strålningselementen öppnar även en möjlighet att utnyttja gruppantennen för monopulstillämpningar. Om den första greningspunkten 5 ersätts med ett så kallat magiskt T, kan dess skillnadsport utnyttjas för att vid mottagning bilda differensen mellan de av gruppantennens två delar l och 2 mottagna signalerna. Det magiska Tzets summaport är i detta fall ansluten till gruppantennens anslutningspunkt 4 och dess båda "ingångs"portar till de två antenndelarna 1 och 2. I stället för ett magiskt T kan givetvis andra anordningar, som av två ingångssignaler bildar dels deras summa dels deras skillnad, utnyttjas I den nu beskrivna utföringsformen sker effektfördelningen i vågledarnas H-plan. Ingenting hindrar emellertid att nätet på motsvarande sätt utformas med effektfördelning i E-planet.

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

Claims (7)

10 15 20 25 30 513 472 PATENTKRAV

1. Anordning för att i en gruppantenn i det magnetiska planet fördela en. mikrovågssignal till ett antal strålningselement (13-16), kännetecknad därav, att anordningen innefattar - en huvudgreningspunkt (5) inrättad att fördela mikrovågssignalen till en första (1) och en andra antenndel (2), vardera innefattande - ett antal med varandra seriekopplade greningspunkter (7, 9, 18) som innefattar åtminstone en första seriekopplad greningspunkt och en sista seriekopplad greningspunkt där den greningspunkten är ansluten till huvudgreningspunkten första seriekopplade (5) varvid var och en av de seriekopplade greningspunkterna är ansluten till en föregående greningspunkt, en nästföljande greningspunkt och en för varje seriekopplad greningspunkt separat vågledare (8, 20) och där seriekopplad greningspunkt är inrättad att fördela den från den anordnad varje föregående greningspunkten tillförda mikrovågssignalen mellan den anslutna vågledaren (8, 20) nästföljande greningspunkten; och den - en avslutande greningpunkt (19) ansluten till den sista seriekopplade greningspunkten; - ett antal parallellförgreningar (10) som var och en är ansluten till varsin av nämnda vågledare (8, 20) och som är inrättade att fördela den genom nämnda vågledare tillförda mikrovågssignalen mellan strâlningselementen (13-16); 10 15 20 25 30 513 472 /0

2. Anordning enligt patentkrav 1, kännetecknad därav, att i de seriekopplade greningspunkterna sker fördelningen av mikrovågssignalen mellan varje nämnda vågledare (8, 20) och varje nästföljande seriekopplade greningspunkt i beroende av läget för en mellanvägg (24), placerad på en vågledarvägg (25) motstående den port (22) genom vilken mikrovågssignalen tillförs greningspunkten och vinkelrät mot vågledarväggen.

3. Anordning enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad därav, att den avslutande greningspunkten (19) som avslutar de seriekopplade greningspunkterna fördelar den till den avslutande greningspunkten tillförda mikrovågssignalen mellan en till den avslutande greningspunkten ansluten vågledare (20) och en till den avslutande greningspunkten anpassad last (21).

4. Anordning enligt patentkrav l eller 2, kännetecknad därav, att den avslutande greningspunkten (19) som avslutar de seriekopplade greningspunkterna fördelar den till den avslutande greningspunkten tillförda mikrovågssignalen mellan en till den avslutande 'greningspunkten ansluten vågledare (20) och en till den avslutande greningspunkten ytterligare ansluten vågledare som i sin tur är ansluten till en parallellförgrening som därefter är ansluten till strålningselement.

5. Anordning enligt patentkrav något av patentkrav 1 - 3, kännetecknad därav, att den till de seriekopplade grenings- punkterna anslutna vågledarna (8, 17) även är anslutna till var sin parallellförgrening (10) som fördelar den tillförda mikrovågssignalen till ytterligare parallellförgreningar (ll, 12) vilka i sin tur fördelar mikrovågssignalen till strålningselementen (13-16). 513 472 1/

6. Anordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad därav, att den elektriska väglängden från gruppantennens anslutningspunkt (4) till varje strålnings- element (13-16) är lika.

7. Anordning' enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad därav, att huvudgreningspunkten (5) utgörs av ett magiskt T eller motsvarande anordning.