SE521202C2 - Antenn av vågledarkaraktär för mottagning av satellitsignaler - Google Patents

Description

20 25 30 35 40 521 202 2 En antenn av vågledarkaraktär lämpad för mottagning/ sändning av elektromagnetiska signa- ler från/till minst två satelliter, vilka är fast belägna i punkter på den geostationära banan, har på vanligt sätt vågledande kanaler. Dessa kanaler kan ges en sådan utformning, att en separation av signalerna uppnås med ett kortare fokusavstånd, vilket för mottagning innebär en förstoring av in- fallsvinklama. Därigenom erhålls ett ökat avstånd mellan fokus för signaler från närliggande sa- telliter. Det är också möjligt att utforma de vägledande kanalerna i antennen, så att en förminsk- ning av infallsvinklarna erhålls, om detta skulle vara önskvärt.

Antenner av vågledarkaraktär utmärks av, att en genom en sådan antenn passerande elektro- magnetiska vågen transporteras genom antennen på liknande sätt som i en optisk lins. I sådana antenner finns vägledande kanaler, som är parallella med antennens optiska axel och har varie- rande längd, diameter och lutningar hos väggpartier, se den ovan nämnda internationella patent- ansökningen WO 94/ l 1920 och däri anförd teknik. Den här behandlade antennen har vägledande kanaler, vilka är symmetriskt utplacerade kring antennens optiska axel och vilka, för kanaler på samma avstånd från axeln, har samma längd. Antenner med vägledande kanaler av samma grundtyp, som inte är rotationssymmetriskt placerade, kan också användas för att ge samma effekt med förstoring eller förrninskning av infallsvinklar.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall nu beskrivas som ett ej begränsande utföringsexempel med hänvisning till de bifogade ritningama, i vilka: - Pig. l är ett tvärsnitt genom en antenn av vågledarkaraktär, och - F ig. 2 är en vy framifrån av antennen visad i fig. 1.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM En antenn av vågledarkaraktär innefattar ett antal vägledande bredvid varandra speciellt utformade kanaler, vilka leder en inkommande elektromagnetisk våg mot ett fokus. En sådan an- tenn visas i fig. l och 2 och är av den grundläggande rotationssymmetriska typ, som beskrivs in den ovan nämnda internationella patentansökningen. Den visade antennen innefattar sålunda sex utanför varandra placerade koncentriska ringar l avdelade av mellanväggar placerade i radiella riktningar ut från antennens axel 5 för bildande av ett relativt stort antal vägledande kanaler 7 av approximativt lika stora dimensioner i tvärled. Ringarna l och mellanväggama 3 är gjorda av metalliskt, elektriskt väl ledande material åtminstone vid sina ytor. Ett föredraget material kan vara metalliserad plast. Ingångsöppningen och utgångsöppningen till varje kanal 7 kan förses med ett hom, dvs med ett lämpligt utformade avsmalnande resp. sig vidgande område 9, ll. Detta för- utsätter att materialet i ringarna och mellanväggama l, 3 har en viss tjocklek, vilket dessutom ger ett visst avstånd mellan närliggande vägledande kanaler och ger möjlighet till utformningen nedan.

Den i fig. l visade antennen är av konkav typ med en plan sida, mot vilken nomialt en elektromagnetisk våg infaller och vilken därför kan betecknas som antennens infallssida. Den motstående sidan hos antennen uppvisar då en konkav utformning, så att denna sida av antennen får skålform. Hela antennen är då smalare vid sitt mittområde och de vägledande kanalerna 7 mellan två betraktade ringar l är längre än de kanaler, som ligger närmare antennens axel 5. 10 15 20 25 30 35 40 521 202 3 Genom att utforma ringamas l in- och utsidor som mantelytor hos lämpligt valda stympade cirkulära, räta koner med samma axel 5 kan varje vägledande kanal 7 fås att luta i förhållande till antennens optiska axel, vilken samtidigt är dess geometriska axel, dvs den geometriska axeln 5 för ringama 1. En vågledande kanals 7 öppning vid den ena ytan eller sidan av antennen ligger då på ett första avstånd från axeln 5 och dess öppning på den andra ytan eller sidan av antennen lig- ger på ett andra avstånd från axeln 5, varvid det andra avståndet skiljer sig från det första avstån- det.

Vidare kan med lämplig dimensionering förhållandet mellan avståndet från mittpunkten hos en vägledande kanals öppning till linsaxeln på antennens ena sida och motsvarande avstånd för öppningen på den motsatta sidan göras konstant för vägledande kanaler 7 bildade mellan olika ringar 1. Detta är speciellt lätt att uppnå med en konkav antenn, vid vilken de vägledande kana- lernas 7 längd ökar med avståndet från linsaxeln 5. Vidare underlättas uppfyllandet av detta vill- kor av att särskilt materialet i ringarna l inte är alltför tunt.

Det som uppnås med detta arrangemang är att en från långt avstånd, mot antennen något snett inkommande signal betraktad som stråle får en vinkelavvikelse vid passage genom anten- nen. Den infallande strålens vinkel i förhållande till antennens axel skiljer sig alltså från den ut- trädande strålens. Hur mycket denna vinkel ändras är i proportion av det tidigare beskrivna förhållandet mellan öppningarnas radiella läge på den ena och den andra sidan. Om kanalerna ex- empelvis har öppningar på kortare radiellt avstånd på den sidan, där fokus ligger, erhålls en vin- kelförstoring, vars förstoringsgrad följer kända geometriska och fysikaliska lagar.

Betrakta nämligen en mot antennens plana sida infallande plan vågfront 21, vars infallsvin- kel bildar en tämligen liten vinkel med antennens axel 5. Vågfronten träffar först en kanal 7' lig- gande mellan de yttersta ringarna. Dess avstånd vid detta tillfälle till öppningen till den diametralt liggande vägledande kanalen 7" mellan dessa yttersta ringar l kan betecknas a. Den elektromag- netiska vågen passerar sedan genom de vägledande kanalerna 7, bryts därvid i antennen och bildar vid antennens motsatta konkava sida, vid utträdet från antennen en approximativt sfärisk vågfront 23. Just när denna sfäriska front helt lämnar antennen, dvs när den utträder från den nämnda dia- metralt liggande kanalen 7", har den ett avstånd av likaledes a från utgångsöppningen hos den först betrakta kanalen 7', den kanal, vilken först träffades av den plana vågfronten. Avståndet mellan utloppsöppningarna på utträdessidan skiljer sig emellertid från avståndet på infallssidan, varför en vinkelavböjning erhålls som ungefär, för små vinklar är proportionell mot kvoten mel- lan dessa avstånd. Om vågfrontens infallsvinkel är Orm, dess utträdesvinkel är 0 lan mittpunkterna hos ingångsöppningama till två diametralt liggande kanaler mellan samma ringar är um och motsvarande avstånd mellan utgångsöppningarna är um, ges utträdesvinkeln ap- proximativt av Ofut I Ofinfuirfuut) Om således um är mindre än um, erhålls en förstoring. Exempelvis ger dimensionerna um = 200 och um = 220 en förstoring av vinkeln 3 ° till en vinkel av ca 3,5 °. 10 15 20 25 30 35 40 5121 202 4 Den i fig. 1 visade antennen kan givetvis också användas för att ge en förminskande effekt, varvid då vågfronten kan infalla från den sida, som ovan har betecknats som utträdessidan. Den kan också användas som antenn med sändande anordningar placerade i fokusområdet.

För att höja de enskilda vågledande kanalemas strålningsegenskaper, och därmed hela antennens effektivitet, kan vågledamas ändar och hornöppningar riktas i den föredragna strål- ningsriktningen. Detta innebär, att de vägledande kanalerna skall utformas som krökta i huvudsak längs strålgången för antennen. Såsom visas i fig. l, kan detta åstadkommas genom att varje cir- kelrings utsida och insida bildas i stället av invid varandra och till varandra anslutande mantelytor hos två stympade, räta, koniska cirkulära koner, där konvinklama hos två sådana koner skiljer sig från varandra något. Kanalemas inre och yttre väggar kan givetvis också sammansättas av flera mantelytor av denna typ.

För framställning av den ovan beskrivna antennen av vågledarkaraktär uppdelas antennen i sektorer 31, exempelvis såsom visas i fig. 2 i sex symmetriska sektorer. Varje sådan sektor 31 är symmetrisk kring sitt radiellt gående mittplan och kan vidare uppdelas i två halvor 33 längs den tänkta skiljeyta 35, som åtskiljer vågledarkanalemas delar vid antennens ena sida från delarna vid den motsatta sidan och som är en sektor av en mantelyta av en stympad kon. Varje sådan halv sektor 33 har då vägledande kanaler, som ligger parallellt, och kan därför lätt serietillverkas i till exempel en plastmaskin. Vidare är varje sektors 3l ena yta plan, vilket underlättar montering av sektorema för framställning av den hela antennen.

Förhållandet mellan avståndet från ingångsöppningen till axeln hos en vågledarkanal och avståndet från utträdesöppningen till axeln hos samma vågledarkanal är enligt ovan approximativt konstant. Små variationer kan föreligga på grund av att skiljeytan mellan de halva sektorerna 33 har formen av mantelytan hos en rät, cirkulär stympad kon. Linsen kan också uppbyggas av små sektorer, som endast upptar en enda kanal och det kring denna liggande materialet. Om linsen uppbyggs av små sektorer, som har plana främre och bakre ytor, blir linsens bakre yta facettfor- mad.

På grund av facettformen kan det bli ett något längre avstånd till det fokus, till vilket inkommande plana vågfronter bryts samman, men denna avvikelse är obetydlig i förhållande till fokusavståndet och åstadkommer därför endast en liten variation i förstoringsgraden. En kompen- sation av att facettkanten ligger längre bort från fokus kan dessutom, om så önskas, åstadkommas genom lämplig dimensionering av kanalerna närmast dessa kanter.

Vid en exakt dimensionerad antenn eller lins är de två halvorna 33 av en sektor 31 är utfor- made olika, se fig. 2. En hel sektor kan framställas genom gjutning, exempelvis formsprutning.

Därvid används en gjutfonn med par av två rörliga kärnor för varje kanal, så att en käma sträcker sig från frontytan och den andra kärnan för bildande av samma kanal sträcker sig från den bakre yta. Efter gjutning av ett formstycke utdras kärnoma, varefter övriga delar av gjutforrnen avlägs- nas. Därvid kan problem uppstå när kämoma på den sida av sektorn, som är en del av en konisk yta, skall utdras, eftersom de kan komma att kollidera med varandra vid utdragningsrörelsen.

Emellertid kan varannan kärna på denna sida först utdras en tämligen lång sträcka och sedan de övriga en kortare sträcka. Kämoma för hålen på den koniska sidan kan sålunda avlägsnas växel- 10 15 521 202 5 vis och har då utrymme att löpa inåt, mot varandra.

En ej rotationssymmetrisk antenn av vågledarkaraktär visas sedd framifrån i fig. 3 eller bak- ifrån men då i annan skala. Denna innefattar ett antal kanaler här arrangerade i rektangulärt rut- mönster. Varje kanal är liksom ovan utformad att sända inkommande vågor mot ett fokus med en avböjning, genom att kanalerna ligger i en vinkel mot antennens optiska axel och exempelvis in- nefattar två partier, som bildar en liten vinkel med varandra. Vid tillverkning kan denna antenn framställas av separata sektioner, som exempelvis var och en omfattar en rad av kanaler liggande rakt ovanför varandra, i ett vertikalplan. Med fördel kan en sektion utgöras av området mellan två parallella plan, som går ungefär mitt genom kanalema i två angränsande rader av kanaler. Anten- nen är symmetrisk med avseende på ett horisontellt mittplan och ett vertikalt mittplan, vilket medför att separata sektioner på samma avstånd från det vertikala mittplanet är likadana. En ty- pisk sådan sektion visas i perspektivvyn i fig. 4. Den kan enkelt tillverkas i ett formverktyg, efter- som kanalerna är genomskuma och inte några underskuma ytor och därfiör inte några rörliga kär- nor erfordras.

Ovan har en anordning avsedd i forsta hand för mottagning av signaler beskrivits. Anord- ningen kan dock lätt ändras till sändning av signaler genom utbyte av mikrovågshorn för mottag- ning till sådana för sändning med bibehållande av deras lägen, eftersom strålgångar för elektro- magnetiska vågor är omvändbara enligt fysikaliska lagar.

Claims (15)

10 15 20 25 30 35 40 521 202 6 PATENTKRAV

1. Antenn av vågledarkaraktär för mottagning/sändning av elektromagnetiska signaler, särskilt av signaler från/till minst två satelliter belägna i fasta punkter på den geostationära banan, innefattande ett flertal vägledande kanaler, k ä n n e t e c k n a d av att de vägledande kanalerna bildar sådana vinklar med antennens axel att, när antennen används för mottagning, avbildningar av avlägset belägna föremål ges på fokalpunkter, så att en signal från ett sådant föremål, vilken inkommer med en första vinkel i förhållande till antennens axel, efter passage genom antennen och brytning i denna lämnar antennen med en andra vinkel i förhållande till antennens axel, vilken är skild frän den första vinkeln.

2. Antenn enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att de vägledande kanalerna bildar sådana vinklar med axeln, att kvoten mellan den andra vinkelns värde och den första vinkelns värde är väsentligen konstant för små värden hos den första vinkeln.

3. Antenn enligt krav 2, i vilken de vägledande kanalerna var och en innefattar en första öppning och en andra öppning, varvid alla första öppningar ligger på en sida av antennen och alla andra öppningar ligger på en motsatt sida av antennen, k ä n n e t e c k n a d av att kvoten mellan avståndet till axeln från den första öppningen hos en vägledande kanal och avståndet till axeln från den andra öppningen hos den vägledande kanalen har väsentligen samma värde för alla vägledande kanaler.

4. Antenn enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att de vägledande kanalerna alla bildar väsentligen samma vinkel med axeln.

5. Antenn enligt något av krav 3 - 4, k ä n n e t e c k n a d av att de vägledande kanalerna är krökta.

6. Antenn enligt något av krav 1 - 4, k ä n n e t e c k n a d av att de vägledande kanalerna var och innefattar ett första parti vid en infallssida hos antennen och ett andra parti vid en utträ- dessida hos antennen, varvid det första partiet och det andra partiet hos en vägledande utgör väsentligen raka vågledare, vilka har mittaxlar, vilka bildar olika vinklar med antennens axel.

7. Antenn enligt något av krav l - 6, k ä n n e t e c k n a d av att de vägledande kanalemas öppningar på utträdessidan är riktade i huvudsak i en riktning mot antennens fokus.

8. Antenn enligt något av krav l - 7, k ä n n e t e c k n a d av att de vägledande kanalerna löper i huvudsak längs strälgången för en signal, som passerar genom antennen, vid signalens brytning i antennen.

9. Förfarande för framställning av en antenn av vägledarkaraktär för mottagning/sändning av elektromagnetiska signaler, särskilt av signaler från/till minst två satelliter belägna i fasta punkter på den geostationära banan, innefattande ett flertal vägledande kanaler, som är anordnade symmetriskt kring en axel, k ä n n e t e c k n at av att sektorer framställs innehållande de vägledande kanalema med kanalema bildande vinklar med axeln och att sedan sådana sektorer fastgörs vid varandra längs radiellt gående sidor hos dessa.

10. Förfarande enligt krav 9 för framställning av en antenn, i vilken de vägledande kanalema var och en innefattar en första öppning och en andra öppning, varvid alla forsta öppningar ligger på en sida av antennen och alla andra öppningar ligger på en motsatt sida av 521 202 7 antennen, k ä n n e t e c k n at av att sektorerna framställs, så att kvoten mellan avståndet till axeln från den första öppningen hos en vägledande kanal och avståndet till axeln från den andra öppningen hos den vägledande kanalen har väsentligen samma värde för alla vägledande kanaler.

11. Förfarande enligt krav 9, k ä nn e t e c k n at av att sektorema framställs, så att de 5 vägledande kanalema alla bildar väsentligen samma vinkel med axeln.

12. Förfarande enligt krav 9, k änn e t e c k n at av att sektorerna framställs, så att de vägledande kanalerna är krökta.

13. Förfarande enligt krav 9, k ä n n e t e c k n at av att sektorema framställs, så att de vägledande kanalernas öppningar på utträdessidan är riktade i huvudsak i den riktning, som signa- 10 ler infallande mot antennen får efter passage genom antennen och brytning i denna.

14. Förfarande enligt krav 9, k ä n n e t e c k n at av att sektorerna framställs, så att de vägledande kanalerna löper i huvudsak längs den strålgång en signal erhåller, som passerar genom antennen, vid signalens brytning i antennen.

15. Förfarande enligt krav 9, k ä n n e t e c k n at av att sektorerna framställs genom 15 gjutning i en giutforrn med kärnor för kanalerna, vilka kämor åtminstone på antennens koniska sida är rörliga i förhållande till den övriga delen av gjutformen för att möjliggöra att ett i formen gjutet stycke kan avlägsnas därifrån, varvid kärnorna på den koniska sidan avlägsnas växelvis, så att i ett första steg avlägsnas första kärnor, som utgörs av i huvudsak varannan käma, så att mellan två första kärnor finns i periferiell led och i radiell en andra kärna, som inte avlägsnas i det 20 första steg, och så att i ett andra steg alla andra kärnor avlägsnas.