SE516841C2 - Antennanordning för samtidig sändning och mottagning av mikrovåg användande slitsade vågledare - Google Patents

Description

mikrostripdipoler som arbetar vid en andra frekvens i ett andra frekvens- band. Som ett resultat är två strålar för två skilda frekvensband oberoende och samtidigt styrbara i en enda antennapertur.

Ett annat amerikanskt patent US-A-5 793 330 uppvisar ett interfolierat plant gruppantennsystem som tillhandahåller motsatt cirkulär polarisation och innefattar en grupp med parallella rader av parallellt åtskilda strålande sändardipolelement och en grupp med parallella rader av parallellt åtskilda mottagardipolelement. Mottagardipolelementen är orienterade ortogonalt mot sändardipolelementen. I en belysande utföringsform arbetar antennsystemet i två 0,5 GHz band som börjar vid 7,25 respektive 7,90 GHz med användning av en förväntad frekvensseparation av storleksordningen 0,65 GHz. Ännu ett ytterligare amerikanskt patent US-A-5 638 079 visar en slitsad vågledargruppantenn som inkluderar en mångfald vågledarelement som utstråcker sig i en parallellt förhållande sida vid sida, vart och ett med en strålningssida innefattande en bred vägg utformad med en mångfald slitsar och en asymmetrisk rygg. Slitarna lutas i förhållande till antennens längs- gående axel i våxelvisa riktningar och är åtskilda Äg/ 2 för att förskjuta fasvändning mellan varje par av närliggande slitsar. Genom att driva var och en av grupperna ryggvågledare kan en valbar ortogonal linjär polarisation erhållas eller genom att driva alla ryggvågledarna tillsammans i faskvadratur genereras en cirkulär polarisation. Arrangemanget år emellertid avsett för antingen sändnings- eller mottagningsdrift, men inte samtidig sänd- nings/ mottagningsoperation.

Det finns till exempel för länktillämpningar ett behov av en kompakt antenngrupp som använder samma apertur för samtidig sändning och mottagning. En sådan grupp skall även vara i stånd att använda samma polarisation för både sändning och mottagning för att, till exempel i en länknät, inte ens behöva hålla reda på vad som kunde refereras till som udda eller jämna platser med avseende på sändnings- eller mottagnings- polarisation. 516 841 .= v n nu u u o. n unna ca o: o 4:a . ' ' I Isa cpu I a s n 6 g n v o Q p ø u o a o a u.

SUMMERIN G En antennanordning för sändning och mottagning av mikrovågor visas, vilken använder en grupp vågledare arrangerade sida vid sida. I en typisk utföringsform av gruppen är vågledarna rektangulära vågledare med en rygg och placerade parallellt för att bilda en grupp vertikala eller horisontella kolumner. Motsatt ryggen på en andra vägg av den rektangulära vågledaren tillhandahålls slitsar i framväggen, varvid varje aperturvågledare görs smalbandigt avstämd på en respektive sändnings- eller mottagningsfrekvens för att erhålla en låg koppling mellan sändning och mottagning för att möjliggöra samtidig sändning och mottagning. Vidare parallellt med gruppen ryggvågledare kan ett vågledarñlter arrangeras på varje sida bildande ett respektive sändningssignalñlter och ett mottagningssignalfilter, vilket bildar en kompakt sändnings/mottagningsantennenhet för mikrovåg med en enda apertur. I en allmän utföringsform är slitsarna skurna i en riktning parallellt med vågledarkolumnernas utsträckning och arrangerade i en framvägg vänd mot en andra vägg som bär ryggen, vilken kan vara placerad symmetriskt.

Varannan slits är vidare placerad förskjuten mot var sin sida av en EMAX- linje definierad i framväggen. I en ytterligare utföringsform innefattar antingen mottagnings- eller sändningsdelen regelbundna rektangulära vågledare vilka uppvisar strålande slitsar i sin framåt vända vägg. Dessa slitsar är riktade med en vinkel tvärs kolumnens framvägg för att därmed erhålla en skild polarisation mellan den samtidiga sändningen och mottagningen.

En antennanordning i enlighet med den föreliggande uppfinningen fastställs genom de oberoende patentkraven 1 och 4, och ytterligare utföringsformer av uppfinningen fastställs genom de beroende patentkraven 2 till 3 respektive 5 till 9.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen tillsamman med ytterligare ändamål och fördelar med denna kan bäst förstås genom att referera till följande beskrivning läst tillsammans med de medföljande ritningarna, i vilka: 516 841 n u - v ~ u n. n. o nu. u u u ac o o o e . :" ' '° ' å n a . ~ u. u.. n n.

FIG. l illustrerar en vy framifrån, delvis genomskuren, av ett antennarrangemang i enlighet med den föreliggande uppfinningen som använder smalbandiga, parallella, sida vid sida, slitsade ryggvågledare för samtidig sändning och mottagning, FIG. 2 illustrerar en horisontell genomskräning av en del av aperturen enligt FIG. l som visar ryggvågledarna sida vid sida, FIG. 3 illustrerar i en vy framifrån, delvis genomskuren, en ytterligare utföringsform av en antenn för samtidig sändning och mottagning med en enda apertur i enlighet med den föreliggande uppfinningen med användning av en blandning av ryggvågledare och ordinära rektangulära vågledare, samt FIG. 4 illustrerar en horisontell genomskärning av en del av aperturen i enlighet med FIG. 3 som visar ryggvågledarna och de rektangulära vågledarna sida vids sida.

BESKRIVNING I Figur 1 demonstreras en första utföringsform av en antenngrupp för en apertur med samtidig sändning och mottagning. Antennen realiseras med* användning av parallella slitsade ryggvågledare i en grupp där varannan vågledare 10, matad med en matningsvågledare 4, bildar en mottagningsdel medan de återstående slitsade ryggvägledarna 15 matade genom en mat- ningsvågledare 6 bildar sändningsdelen av den gemensamma antenn- aperturen. Eftersom antennaperturen har samma polarisation för både sändning och mottagning tillhandahåller den exempelvis ett praktiskt arrangemang för ett länknät, eftersom det inte behöver vara nödvändigt att hålla reda på de individuella länkarna när alla använder samma polarisation.

Om nödvändigt kan ett vågledarñlter 30 för mottagningsdelen och ett vågledarfilter 35 för sändningsdelen integreras med en anpassningsvågledare 516 341 -:.;";fr=:.;' 5 . ........ ._ ' längs aperturen vid två motstående sidokanter för att erhålla koaxial- anslutningar eller motsvarande anslutningar till en förförstärkare respektive en effektförstärkare. Vågledaren eller vågledarñltren avslutas då med en koaxiell vågledaromvandlare. Varje omvandlare består i en belysande utföringsform av ett stift 31 respektive 36, vilket till exempel kan anslutas till en mikrostripledare på baksidan av aperturen. Det skall noteras att de två vågledarflltren 30 och 35 är lika arrangerade, i den föreliggande utföringsformen enligt Figur 1, vid de två vertikala sidorna av antenn- aperturen vid användning av samma polarisation för sändnings- och mottagningsfrekvenserna.

För nästan alla slitsade resonanta vågledarantenner kommer antalet slitsar per aperturvågledare att bestämma bandbredden. Endast som ett undantag för den minsta antennanordningen som uppvisar endast ungefär tre eller mindre slitsar per aperturvågledare kommer bandbredden för de individuella slitsarna att bli bestämmande. Naturligtvis är det även möjligt att inverka på bandbredden för slitsarna genom att påverka deras form, vilket är väl känt av fackmannen. Det är emellertid svårt att erhålla en bandbredd av mer än 20 % relaterat till centerfrekvensen. Därför skulle i realiteten filter vara nödvändiga endast om en antenn skall realiseras med bandbredd i procent som är mindre än ungefär 30 delat med antalet slitsar i varje' aperturvågledare, eller om antalet slitsar är lika med eller mindre än tre.

Alltså kommer en aperturvågledare som innefattar en storleksordning 30 slitsar att tillhandahålla en bandbredd av storleksordningen 1%. Det skall emellertid även noteras att matningsvågledaren 4 (eller 6) själv också ger en reduktion av bandbredden.

Valet av ryggvågledare är gynnsamt, speciellt vid användning av slitsar inriktade med kolumnernas utsträckning. Detta är gynnsamt för gruppens bredd genom att längs en riktning tvärsöver antennaperturen kommer två vågledare att inrymmas på ett utrymme mindre än en våglängd i fri rymd.

Figur 2 illustrerar en horisontell genomskärning av en del av aperturen i enlighet med Figur 1, som visar ryggvågledare 10 och 15 sida vid sida för 516 841 -- I o o en o o . . , å I n u u nu uno .n n. ' i mottagning respektive sändning., men exkluderande filtren 30 och 35. I denna belysande utföringsform kommer hela anordningen bestå av två huvuddelar, ett block som tillhandahåller sidor och botten inkluderande ryggen 8 för alla vågledarna 10 och 15 och en frontplatta 5 som inkluderar, för var och en av aperturvågledarna, kolumnerna med framsidans slitsar 20, 21 respektive 25, 26. Huvudblocket kan maskintillverkas genom fräsning av ett stycke lämplig metall, vilket sedan i en sammanfogningsprocess, liksom lödning, kommer att fästas mot frontplattan 5 som uppvisar de strålande slitsarna. I en annan utföringsform kan metalliserade plastbitar tillverkas för att erhålla den önskade strukturen. Sådana metalliserade bitar kan, till exempel, tillverkas genom en utprocess.

En viktig egenskap att speciellt notera är att mottagnings- och sändningsantenndelar konstrueras mycket smalbandiga så att kopplingen mellan aperturvågledama för de två antennsändnings- och mottagnings- delarna effektivt blir liten för att vara i stånd att utnyttja samtidig sändning och mottagning. Detta erhålls genom en konstruktion av mottagarantenn- delen som uppvisar en tillräckligt låg prestationsförrnåga vid sändnings- frekvensen, och på samma sätt konstrueras sändningsantenndelen att uppvisa en tillräckligt låg prestationsförmåga vid mottagningsfrekvensen som används. Detta åstadkoms allmänt genom att konstruera de strålande* aperturvågledarna att vara smalbandigt avstämda, dvs. antalet slitsar som bildar varje aperturvågledare representerar ett högt Q beroende på vald form och antalet slitsar.

För grundmoden i en aperturvågledare som har slitsar på den breda sidan av den rektangulära formen finns det alltid en punkt vid den inre sidan av den slitsade väggen där det ortogonala E-fåltet mot väggen har ett maximum, EMAX. Strömmens longitudinella komponent kommer ha olika tecken vid en respektive sida av detta E-fälts maximum. Genom att flytta en halv vågledarvåglängd framåt i vågledaren i förhållande till en slits och placera en nästa slits på andra sidan av detta maximum av E-fältet kommer båda slitsarna erhålla samma fas. 516 8 41 l=ï":". :' :": '"::": f' 'i nun .nu u ' "" I ; . . ..' 3 2 2 ': ; ;- ' ' ' H HI u. u.

Följaktligen är radiatorerna, som består av slitsarna längs utsträckningen av varje kolumn som består av en ryggvågledare, i en typisk utföringsform arrangerade i en frontvägg av de rektangulära vågledarna och placerade motsatta väggen som bår en rygg i vågledaren, vilken rygg kan som illustrerat i den belysande utföringsformen placeras symmetriskt inom varje vågledare. Varannan slits 20, 21 respektive 25, 26 i vågledarens frontyta är vidare förskjuten till endera sidan av EMAx-linjen. Detta arrangemang tillåter också ett stort antal slitsar i varje kolumn längs ryggvågledarna. Även om en symmetriskt placerad rygg tillhandahåller en praktisk utföringsfonn kan även utnyttjas användningen av en rygg som inte är placerad symmetriskt, till exempel, i en tillämpning för en reduktion av vad som hänvisas till som "fiärils1ober", när användningen av symmetriska ryggar kan vara ofördel- aktigt.

I en konstruktion för frekvenser omkring 40 GHz, en sändnings/mottag- ningsfrekvensseparation av 0,9 GHz och en bandseparation av 0,1 GHz har erhållits med en mätt dämpning mellan sändnings- och mottagningsdelar av storleksordningen 20 dB utan alternativ filtrering. Inkluderande de integrerade vågledarfiltren 30 och 35 erhölls en dämpning mellan sändnings- och mottagningsfrekvens bättre än 60 dB.

I Figur 3 demonstreras en alternativ utföringsforrn av den föreliggande uppfinningen för ett fall i vilket en lika polarisation för aperturens sändning- och mottagningsantenndel inte önskas. Som en kompromiss kommer denna andra utföringsform tillhandahålla ytterligare isolation mellan en sändnings- del och en mottagningsdel av aperturen för samtidig sändning och mottagning. I Figur 4 demonstreras ett antal vågledare 10 och 16 arrangerade sida vid sida, varvid vägledarna 10 representerar slitsade ryggvågledare, lika de visade i Figur 1, medan vågledarna 16 representerar ordinära rektangulära vågledare i vilka slitsar är arrangerade tvärs över en kortsidesvägg av den rektangulära vågledaren. 516 841 n n n.. n n nn . ._ _ ï n ; . , , , _ ._ _--_ ...n nu nn n . .n n n n n , ' ' 'v n nn n nn nn nnn nn» nn n n zn: "" I ha n nnn z n n nn . , , _ : n nn n nn n Ü Û I Ü I l O I g - - . . . . . . .. .. ._ Figur 3 illustrerar i en vy framifrån, delvis genomskuren, den andra utföringsforrnen av den samtidiga sändnings- och mottagningsantenn- anordningen med en apertur i enlighet med den föreliggande uppfinningen, vilken använder en blandning av ryggvågledare och ordinära rektangulära vågledare. Den andra utföringsformen illustrerad i Figur 3 visar även ett anpassnings och vägledarfilter på varje sida av gruppen av ryggvågledare 10 och ordinära rektangulära vågledare 16. Emellertid skall det noteras att anpassningsfiltret som matar den slitsade vågledaren 16 är vriden 90 grader och visar en sidovägg mot aperturens framsida. Det ses lätt att den vänstra filtersidan är något smalare än den högra filtersidan och att anslutningsstiftet 31 ses från sidan.

De rektangulära vågledarnas 16 slitsar skapas med en vinkel tvärs över kortsidesväggen av en rektangulär vågledare eftersom längden för varje slits 27, 28 kommer vara något längre än måttet tvärs över kortsidan. För att kompensera för denna placering av slitsarna är varannan slits med en vinkel i förhållande till vågledarens utsträckning, och är växelvis plus eller minus vinkeln i ett plan vinkelrätt mot den rektangulära vågledarens utsträckning.

Eftersom slitsarna 27, 28 är orda så långa som möjligt kommer de att nå ut till kortsidans kant. Det ses i Figur 3 att kortsidan för var och en av de' rektangulära vågledarna 16 i gruppen skjuter upp litet jämfört med ryggvågledarna 10. Det gör tillverkningen av denna utföringsform något mer komplicerad, men även kommer att erhållas en bättre dämpning mellan sändnings- och mottagningsdelar för antennen med en apertur i detta fall beroende på den olika polarisationen som erhålls för sändnings- och mottagningssignalerna.

Det kommer att vara uppenbart för fackmannen att i den första utföringsformen, kan en del som innehåller antingen ryggvågledarna 10 eller 15 väljas och konstrueras som sändningsdelen. På samma sätt i den andra utföringsforrnen kan antingen väljas och konstrueras gruppdelen som innehåller ryggvågledarna 10 eller gruppdelen som innehåller de ordinära 9 516 841 . . . . . .' .". .E == ;--- ø .- . .. . . I - - . .. . . u. ... '.. I I 2 .Z 2"' - .. . .'. I I u 1 .q n g vn n nu: o rektangulära vågledarna 16 att utgöra aperturens sändningsdel. Emellertid eftersom radiatorerna skall vara avståmda smalbandigt måste det bestämmas vid tillverkningen vilken del som skall vara anpassad för en selekterad sändningsfrekvens och vilken del som skall vara anpassad för en selekterad mottagningsfrekvens.

Det kommer att inses av fackmannen att den föreliggande uppfinningen kan gestaltas i andra specifika former utan att avvika från dess andemening eller väsentliga karaktär. De för närvarande visade utföringsformerna betraktas därför i alla avseenden vara belysande och inte begränsande. Uppfinningens omfattning anges av de bifogade patentkraven snarare än den föregående beskrivningen, och alla ändringar som kommer inom betydelsen och omfatt- ningen av ekvivalenter därav avses innefattas i dessa.

Claims (9)

5 16 8 4 1 I 0 PATENTKRAV

1. Antennanordning som utnyttjar ryggvågledare placerade i parallell för I u o u o u ø ~ ~ o o; att bilda en grupp strålande slitsade kolumner, varvid vågledarna (10, 15) vidare bildar kompakta rektangulära vågledare som har en rygg (8), kännetecknad av att anordningen är anpassad för samtidig sändning och mottagning av mikrovåg med signaler av samma polarisation, att motsatt ryggen (8) på en andra' vägg av den rektangulära aperturvågledaren tillhandahålls slitsar (20, 21, 25, 26) i en första vägg och skurna i en riktning parallellt med ryggvågledarens (10, 15) utsträckning, varvid varje aperturvågledare är gjord primärt smalbandigt avstämd genom sitt antal slitsar för en respektive sändnings- eller mottagningsfrekvens för att uppnå en låg koppling mellan sändning och mottagning för att möjliggöra den samtidiga sändningen och mottagningen, samt att i den rektangulära aperturvågledarradiatorn varannan slits (20, 21, 25, 26) skuren i riktningen parallellt med de rektangulära ryggvågledarnas (10, 15) utsträckning är placerad förskjuten på en omväxlande sida av en EMAX-line för aperturvågledarens första vägg.

2. Antennanordning enligt krav 1, kännetecknad av att varje ryggvågledare innehåller en symmetrisk rygg (8).

3. Antennanordning enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att varannan aperturryggvågledare är smalbandigt avstämd till en sändnings- frekvens eller en mottagningsfrekvens, medan de återstående apertur- ryggvågledarna motsvarande är smalbandigt avstärnda till en motsvarande mottagningsfrekvens eller en motsvarande sändningsfrekvens.

4. Antennanordning för sändning och mottagning av mikrovåg användande rektangulära slitsade aperturvågledare, kännetecknad av att varannan aperturvågledare (10, 16) är en rektangulär vågledare och varannan aperturvågledare (10) bildar en rektangulär ryggvågledare, varvid vågledama är placerade i parallell för att bilda en grupp, samt i! . . . . . . . . . . ..' '..' ..' ' att slitsarna (20, 21, 27, 28) är anordnade i en första vägg i var och en av gruppens aperturvågledare, varvid varje aperturvågledare är gjord primärt smalbandigt avstämd genom sitt antal slitsar för en respektive sändnings- eller mottagningsfrekvens för att uppnå en låg koppling mellan sändning och mottagning för att möjliggöra den samtidiga sändningen och mottagningen.

5. Antennanordning enligt krav 4, kännetecknad av att var och en av de rektangulära ryggvågledarna innehåller en symmetrisk rygg (8).

6. Antennanordning enligt krav 4 eller 5, kännetecknar! av att varje rektangulär ryggvågledare (10) uppvisar slitsar längs utsträckningen av en första vägg vänd mot en andra vägg som bär ryggen (8), varvid varannan slits (20, 21) längs den första väggen är parallell men placerad förskjuten åt vardera sida om en EMAx-linje för den första väggen, medan de återstående rektangulära vågledarna (16) uppvisar slitsar (27, 28) i en första vägg skurna med en vinkel tvärs över den rektangulära vågledarens frontvägg i förhållande till den rektangulära vågledarens utsträckning.

7. Antennanordning enligt krav 4 eller 5, kännetecknad av att varannan slits (27, 28) för de rektangulära vàgledarna är skurna med en vinkel tvärs över den rektangulära vågledarens framvägg och växelvis placerad vid plus eller minus denna vinkel i förhållande till ett plan vinkelrätt mot den rektangulära vågledarens utsträckning.

8. Antennanordning enligt krav 4 eller 5, kännetecknad av att varannan aperturvågledare ( 10) är smalbandigt avstämd till en sändningsfrekvens eller en mottagningsfrekvens, medan de återstående aperturvågledarna (15, 16) motsvarande är smalbandigt avstämda till en motsvarande mottagningsfrekvens eller en motsvarande sändningsfrekvens.

9. Antennanordning enligt krav 1 eller 4, kännetecknad av att parallellt med gruppen aperturvågledare är anordnat ett anpassnings- och 516 341 I . . ° ' H u” '-.' -..' ' ' ' vågledarfilter på varje sida som bildar ett såndningssignalfilter (35) och ett mottagningssignalfilter (30), varvid anordningen bildar en kompakt sarntidig mikrovågssändnings/ mottagningsantenn med en apertur.