SE517155C2 - Fördelningsnät, samt antennanordning innefattande sådant fördelningsnät - Google Patents

Description

:annu 10 15 20 25 30 s11»1ss aperturantenn är att utföra fördelningsnätet i vågledarteknlk, och anordna aperturer längs fördelningsnätets grenar. För att aperturerna skall exciteras krävs att de är anordnade excentriskt med avseende på en tänkt mittlinje i fördelningsnätets längsriktning. De excentriskt anordnade aperturerna bör vidare vara anordnade växelvis med avseende på denna tänkta mittlinje. Den excentriska placeringen av aperturerna i förhållande till matningsnätet, vilken är nödvändig för att de skall fungera som antennelement medför emellertid ett antal nackdelar, framför allt att det uppstår en hög grad av korspolarisation mellan antennelementen, framför allt vid vertikal polarisation. l antenner med horisontell polarisation är fenomenet med korspolarisation besvärande framför allt i system som kräver högbandbredd i antennen.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFlNNlNGEN Det problem som löses av föreliggande uppfinning är således att tillhandahålla ett fördelningsnät för elektromagnetiska signaler, för bruk företrädesvis i en antennanordning på mikrovàgsområdet, vilket gör det möjligt att erhålla lägre korspolarisation än i tidigare kända fördelningsnät av vågledartyp. Ytterligare ett problem som löses av föreliggande uppfinning är att framtaga ett fördelningsnät för elektromagnetiska signaler, för bruk företrädesvis i en antennanordning på mikrovàgsområdet, vilket ger en lägre grad av korspolarisation i bredbandig antenner än tidigare kända fördelningsnät av vågledartyp.

Detta problem löses med hjälp av ett fördelningsnät för elektromagnetiska signaler, för bruk företrädesvis i en antennanordning på mikrovàgsområdet, innefattande minst två vågledargrenar, i vilka grenar de elektromagnetiska signalerna utbreder sig i skilda riktningar i förhållande till varandra, där nämnda minst två vågledargrenar går om lott med varandra i en punkt i fördelningsnätet.

Lämpligtvis är de grenar som går om lott med varandra intilliggande grenar i fördelningsnätet. »nnzn 10 15 20 25 30 517°*i155 Eftersom grenarna i ett fördelningsnät enligt uppfinningen gàr om lott i minst en punkt kan en apertur som anordnas i en gren placeras så att den är excentriskt anordnad med avseende på sin gren i förhållande till en apertur i en annan QfGn.

Företrädesvis anordnas i de minst två grenarna vardera minst en apertur i den del av grenen som går om lott med den andra grenen, och i en särskilt föredragen utföringsform av ett fördelningsnät enligt uppfinningen ingår minst en apertur i de minst två grenarna i en grupp aperturer vilka är anordnade i en väsentligen rät linje. Denna placering av aperturerna gör att en ytterligt låg grad av korspolarisation erhålles.

Ytterligare en fördel med uppfinningen är att en antenn med ett fördelningsnät enligt uppfinningen kan utformas med endast ett stràlningselement per gren i fördelningsnätet. Detta gör att varje gren kan utformas speciellt för "sin" apertur, vilket är en stor fördel om man vill kunna forma antennens strålningsdiagram på ett visst sätt. Att endast ha ett strålningselement per gren i fördelningsnätet ger också antennen en ökad bandbredd.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan, med hjälp av exempel på utföringsformer, med hänvisning till de bifogade ritningarna, där: Fig 1 visar ett matningsnät för horisontell polarisation enligt uppfinningen, och Fig 2 visar en vy framifrån av en antennanordning enligt uppfinningen för horisontell polarisation , och Fig 3 visar en plattstruktur för uppbyggnad av ett fördelningsnät enligt uppfinningen, och Fig 4 visar ett matningsnät för vertikal polarisation enligt uppfinningen, och Fig 5 visar en vy framifrån av en antennanordning enligt uppfinningen för vertikal polarisation, och, »fiir 10 15 20 25 30 517°fi155 Fig 6a och 6b visar en anordning med vars hjälp antenndiagrammet hos en antenn enligt uppfinningen kan formas.

FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER l fig 1 visas en vy rakt framifrån av ett fördelningsnät enligt uppfinningen, avsett att ingå i en antenn på mikrovågsområdet. I den utföringsform som visas i fig 1 innefattar fördelningsnätet urtagningar 110 i en platta 100 av ett ledande material, vilka urtagningar i sin tur ingår i en vågledarstruktur, vilket kommer att förklaras i mer detalj nedan.

I det följande kommer ett fördelningsnät enligt uppfinningen att skildras som en del av en antenn för utsändning av elektromagnetiska signaler. Givetvis är en sådan antenn reciprok, med andra ord kan den även användas för mottagning, ett faktum som ej kommer att upprepas i beskrivningen eftersom det inses av fackmannen. I mottagningsfallet kommer fördelningsnätet att leda energi från strålningselementen, och blir således snarare ett kombineringsnät än ett fördelningsnät.

Elektromagnetisk energi leds till fördelningsnätet via matningspunkter 111,112,113,114 på ett vis som kommer att beskrivas mer detaljerat nedan.

Fördelningsnätet innefattar grenar i form av urtagningarna 110, vilka sträcker sig från matningspunkterna, företrädesvis parallellt med varandra. Åtminstone två av grenarna i fördelningsnätet går om lott med varandra i en punkt _ Företrädesvis är det intilliggande grenar som går om lott med varandra.

Genomgående aperturer 115-122, avsedda att utgöra strålningselement i antennen är anordnade i den del av respektive gren som går om lott med den intilliggande grenen. Lämpligtvis är det grenarnas ände som går om lott med motsvarande del av intilliggande gren/grenar, vilket innebär att respektive strålningselement kommer att hamna i sin grens ände. :unna 10 15 20 25 30 151 7~=='"1=5 5 På grund av denna placering av strålningselementen kommer de att uppfattas som excentriskt placerade med avseende på sina respektive grenar, vilket gör att de kommer att exciteras, varigenom önskad funktion kan uppnås.

Den antenn som plattan 100 är avsedd att ingå i är en antenn för horisontell polarisation, varför aperturerna är anordnade i väsentligen rät vinkel mot den huvudsakliga utsträckningsriktningen för grenama i fördelningsnätet.

Som framgår av fig 1 bildar strålningselementen 115-122 en grupp, i vilken strålningselementen är anordnade i en väsentligen rät linje, vilket medför en ytterligt låg nivå av korspolarisering. Med hjälp av uppfinningen kan således strålningselementen placeras så med avseende på fördelningsnätet att de exciteras, och ändå har låg korspolarisering.

Vågledarna behöver givetvis inte vara uppbyggda av urtagningar i en platta, utan kan vara uppbyggda på ett stort antal andra, för fackmannen välkända sätt att konstruera vågledare.

I fig 2 visas samma platta 100 som i fig 1, sedd från andra sidan. Av denna bild framgår ännu tydligare stràlningselementens placering i en grupp längs en väsentligen rak linje. l den utföringsform som visas i fig 1 och 2 är samtliga aperturer orienterade åt samma håll, vilket innebär att de är avsedda för en och samma polarisation, i det visade exemplet horisontell polarisation.

Fig 3 visar hur en antenn med ett fördelningsnät enligt uppfinningen i en föredragen utföringsform byggs upp av en plattstruktur bestående av separata plattor 3103320330 vilka helt eller delvis består av elektriskt ledande material. Antalet plattor i det visade exemplet är tre, viket givetvis enbart skall ses som ett exempel, för fackmannen kommer det att stå klart att uppfinningen kan byggas upp av ett i stort sett valfritt antal sådana plattor. a>poa 10 15 20 25 30 sirsiss Plattorna 310,320,330 i fig 3a-3c ingår i samma typ av antenn för elektromagnetiska signaler som den som har beskrivits i anslutning till fig 1 och 2. Eftersom fig 3a visar samma platta som fig 1 kommer den ej att beskrivas detaljerat på nytt här.

Elektromagnetiska signaler leds in till fördelningsnätet i plattan 310 via ett antal matningspunkter 311,312,313,314 från ett motsvarande antal aperturer 321 ,322,323,324 vilka är belägna i en platta 320, som anordnas på den sida av plattan 310 som uppvisar de i anslutning till fig 1 nämnda urtagningarna i plattan 310.

Plattan 320 är utformad så att när den är anordnad på nämnda sida av plattan 310 kommer urtagningama i plattan 310 tillsammans med de ytor av plattan 320 som ligger an mot urtagningarna att bilda vågledare. Plattan 320 kan antingen, som visas i fig 3b, ha en väsentligen slät utformning, med undantag för de aperturer som leder energi till plattan 310, varvid de ytor i plattan 320 som ligger an mot urtagningarna i plattan 310 kommer att bilda en av väggarna i vágledarna. l detta fall kan plattan 320, till skillnad från plattan 310, ha i princip samma utformning på bägge sina sidor, och kan sägas utgöra ett aperturskikt beläget mellan två skikt i fördelningsnätet.

En alternativ, ej visad, utformning av plattan 320 är att ge även den ett antal urtagningar, avsedda att bilda vågledare tillsammans med urtagningarna i plattan 310.

Elektromagnetiska signaler leds till aperturema 321,322,323,324 i plattan 320 från ett andra skikt 335 i fördelningsnätet, beläget i plattan 330.

Fördelningsnätet 331 i plattan 330 innefattar i likhet med fördelningsnätet i plattan 310 ett antal urtagningar, vilka kommer att utgöra delar av vågledare.

I det exempel som visas i fig 3c uppvisar plattan 330 en enda 10 15 20 25 30 517113155 sammanhängande urtagning, men fackmannen inser att samma resultat kan åstadkommas med en mängd andra kombinationer av urtagningar.

Plattan 330 anordnas så att dess urtagningar ligger an mot plattan 320, och bildar vågledare tillsammans med de ytor i plattan 320 som ligger an mot urtagningarna. Vad som har sagts ovan om utformningen av den sida av plattan 320 som ligger an mot plattan 310 gäller även för den sida av plattan 320 som ligger an mot plattan 330.

När plattan 320 är anordnad mot plattan 330 kommer aperturerna 321,322,323,324 i matningspunkter 331,332,333,334 i plattan 330, från vilka matningspunkter plattan 320 att befinna sig mitt för ett antal elektromagnetiska signaler leds till aperturerna i plattan 320, och vidare upp i fördelningsnätet i plattan 310.

De elektromagnetiska signalerna kommer in till fördelningsnätet i plattan 330 genom en anslutnings- och matningspunkt 336 i fördelningsnätet 335. I denna punkt ansluts lämpligen fördelningsnätet till den yttre utrustning med vilken den skall samverka, såsom exempelvis telekommunikationssystem.

Hur plattorna i fig 3a-3c fogas samman och hålls samman har ej beskrivits ovan, men detta kan ske på en stor mängd för fackmannen kända sätt. Som exempel kan nämnas skruvar, lödning, och limning.

I fig 4 visas en motsvarighet 410 till plattan 100 i fig 1 och plattan 310 i fig 3a, avsedd att ingå i en antennanordning för vertikal polarisation. Vad som har beskrivits ovan om plattorna 100 och 310 gäller även för plattan 410, med den skillnaden att eftersom den antenn som plattan skall ingå i är en antenn för vertikal polarisation har aperturerna 415-422 i plattan 410 samma huvudsakliga utsträckningsriktning som grenarna i fördelningsnätet. man» 10 15 20 25 30 s17*1ss Aperturerna 415422 i plattan 410 är vidare enligt uppfinningen företrädesvis placerade pà ett avstånd av ”A kg från sin respektive grens ändpunkt, där kg är den elektromagnetiska signalens våglängd i vågledaren. Detta avstånd är % kg mer än vad som är brukligt, men ger goda egenskaper exempelvis vad gäller antennens bandbredd. l fig 5 visas, i likhet med fig 2, plattan med urtagningar från sin andra sida.

Som framgår av fig 5 är aperturerna 415-422 även i den vertikalpolariserade antennen företrädesvis anordnade som en grupp, längs en väsentligen rät linje, vilket ger en låg grad av korspolarisation.

En antenn med ett fördelningsnät enligt uppfinningen avsett för vertikal polarisation kan i en föredragen utföringsform byggas upp av en plattstruktur bestående av separata plattor, i likhet med vad som har visats i anslutning till fig 3a-3c ovan. Aperturlagret och det andra fördelningsnätet byggs då upp av plattor som är utformade som plattorna 320, 330 i fig 3b och 3c, varför dessa ej kommer att beskrivas på nytt här.

Eftersom ett fördelningsnät enligt uppfinningen ger möjlighet att skapa en antenn med enbart ett strålningselement per gren i fördelningsnätet ges stora möjligheter att forma antennens stràlningsdiagram genom individuell utformning av varje gren, så att önskad amplitud och fas hos signalema från den grenens strålningselement erhålles.

Ett sätt att ytterligare forma antenndiagrammet i en antenn med ett fördelningsnät enligt uppfinningen visas i fig 6a och 6b. Den antenn 610 som visas är horisontalpolariserad, men principen kan även tillämpas på en vertikalpolariserad antenn. Antennen 610 i fig 6a och 6b har försetts med så kallade "bafflar" 612,614, vilka är element uppbyggda av elektriskt ledande material, anordnade på vardera sidan om den räta linje längs vilken ~e m... urin: 10 ts17r1ss antennens strålningselement är anordnade, i en viss vinkel ogß, mot det plan som definieras av plattan i vilken strålningselementen är anordnade. l fig 6a visas en antenn 610 med "bafflar" rakt framifrån, i fig 6b visas samma antenn liggande ner, sedd i en riktning som sammanfaller med den räta linjen längs vilken aperturerna är anordnade.

Uppfinningen är inte begränsad till de ovan angivna utföringsformerna, utan kan fritt varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Exempelvis kan de plattor i ett ledande material som har beskrivits ovan vara plattor i ett icke-ledande material såsom plast, vilket har gjorts ledande genom att delar av ytan har belagts med ett ledande material.

Claims (13)

10 15 20 25 30 . '5”1_'7iii"155 10 PATENTKRAV

1. Fördelningsnät för elektromagnetiska signaler för bruk företrädesvis i en antennanordning på mikrovågsomràdet, innefattande minst två vágledargrenar vilka innefattar vàgledare som i sin tur innefattar spår i en platta av ledande material, i vilka grenar de elektromagnetiska signalerna utbreder sig i skilda riktningar i förhållande till varandra, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att nämnda minst två vágledargrenar går om lott med varandra i en punkt i fördelningsnätet, samt att de minst två vågledargrenarna vardera uppvisar minst en apertur i den del av grenen som gàr om lott med den andra grenen.

2. Fördelningsnät enligt krav 1, i vilket de vágledargrenar i fördelningsnätet som går om lott med varandra är intilliggande grenar.

3. Fördelningsnät enligt något av krav 1 eller 2, i vilket minst en apertur i de minst två vågledargrenarna ingår i en grupp aperturer vilka är anordnade i en väsentligen rät linje.

4. Fördelningsnät enligt något av kraven 1-3, i vilket ett antal av aperturerna i gruppen är avsedda för en och samma polarisation.

5. Fördelningsnät enligt krav 4, i vilket aperturerna i gruppen är avsedda för horisontell polarisation.

6. Fördelningsnät enligt krav 5, i vilket aperturerna i gruppen är belägna i änden av sin respektive gren i fördelningsnätet.

7. Fördelningsnät enligt krav 6, i vilket aperturerna i gruppen är avsedda för vertikal polarisation. 10 15 ' Oc nu: I o no n; g - . UI lill I I I __ _ :z z :z u :nu o n»| un. _ . '.. _ o o c o u 0 n . :'.'.: ::::-:;-- -- - 11

8. Fördelningsnät enligt krav 7, i vilket aperturerna i gruppen är belägna på ett avstånd av “A kg från sin respektive grens ändpunkt, där Kg är den elektromagnetiska signalens våglängd i vàgledaren.

9. Fördelningsnät enligt krav 8, i vilket aperturerna utgörs av aperturer i en vàgledares Iångvägg.

10. Fördelningsnät enligt något av föregående krav, i vilket aperturerna utgörs av slitsar.

11. Antennanordning innefattande ett fördelningsnät enligt något av kraven 1- 10.

12. Antennanordning enligt krav 11, i vilket fördelningsnätet är utfört i två skikt med ett mellanliggande aperturskikt.

13. Antennanordning enligt krav 12, i vilken vàgledama i det andra fördelningsnätet innefattar spår i en platta av ledande material.