SE522054C2 - Elektriskt styrd bredbandig gruppantenn, antennelement lämpat att ingå i en sådan gruppantenn, samt antennmodul innefattande ett flertal sådana antennelement - Google Patents

Description

~=~> 10 15 20 25 30 522 054 2 mm vid en frekvens på 18 GHz. En annan svårighet är att ansluta antennelementen till ett bakomloggande lobformande nät eller bakomliggande mikrovågsenheter. Vidare finns risk att det uppstår elektromagnetiska resonanser i antennelementen. Dessa resonanser kan avsevärt försämra antennelementens elektriska egenskaper. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en gruppantenn och antennelement som inte uppvisar ovanstående nackdelar vid kända bredbandiga gruppantennen Uppfinningsändamålet uppnås genom en gruppantenn kännetecknad av att varje antennelement innefattar en rotationssymrnetrisk kropp anordnad på ett för flera antennelement gemensamt jordplan med kroppens rotationsaxel väsentligen vinkelrät mot jordplanet, vilken kropp i den från jordplanet fjärmade änden är utformad avsmalnande med växande avstånd från jordplanet och är försedd med en metallisk mantelyta. Antennelement lämpade att ingå i gruppantennen kännetecknas därvid av att den rotationssyrnrnetriska kroppen är försedd med en metallisk mantelyta.

Genom uppfinningen är åstadkommen en gruppantenn och antennelement som är enkla och billiga att producera. Monteringen av antennelementen är enkel och intilliggande antennelement behöver inte sammanfogas. Antennelementen består av metall. På detta sätt undviks de problem som är förknippade med dielektriska substrat som normalt används i gruppantennen Problem som är förknippade med dielektriska substrat är bl a förluster, ytvågor och resonanser.

Enligt ett fördelaktigt utförande är gruppantennens jordplan försett med kaviteter i form av slitsar som separerar antennelementen från varandra och elektriskt fungerar som öppna ledningar. Genom införande av dessa slitsar i j ordplanet har på ett enkelt sätt åstadkommits separering av antennelementen samtidigt som anbringandet av slitsama är tillverkningstekniskt enkelt och exempelvis kan ske genom fräsning.

Enligt ett annat fördelaktigt utförande av gruppantennen enligt uppfinningen är antennelementen förbundna med jordplanet genom ett öppningsbart förband, såsom ett skruvförband. Antennelementen kännetecknas därvid av att den andra änden av kroppen innefattar organ för demonterbar fasthållning av kroppen och organet för demonterbar fasthållning innefattar därvid enligt ett utförande ena delen av en »|>ii 10 15 20 25 30 522 054 3 skruvgängskoppling. Utförandet medger att antennelementen lätt kan demonteras, vilket underlättar utbyte av defekta antennelement. Istället för att kassera en hel modul med antennelement kan det i gynnsammaste fall räcka med att skruva loss och byta ut ett enda antennelement. Genom antennelementens symrnetriska form underlättas monteringen eftersom antennelementet kan skruvas fast i godtyckligt rotationsläge.

Enligt ännu ett fördelaktigt utförande är en distanshylsa innefattad i varje antennelement i övergången mellan den rotationssyrmnetriska kroppen och jordplanet.

Lämpligen är därvid distanshylsan försedd med åtminstone en kabelgenomföring med en första öppning riktad i distanshylsans radiella riktning och en andra öppning riktad parallellt med kroppens och hylsans symmetriaxel. Införandet av distanshylsor underlättar anslutningen av antennelementen till under jordplanet liggande lobforrnande nät eller mikrovågsenheter. Samtidigt som antennelementets rotationssyrnmetriska kropp genom en rotationsrörelse anbringas över jordplanet kan ingående kablar och distanshylsa hållas fixerade relativt jordplanet.

Enligt ett ytterligare fördelaktigt utförande är jordplanet försett med tvâ kabelgenomföringar för varje antennelement, vilka är tilldelade en dubbelledare var, till exempel en koaxialkabel, vars ena ledare är ansluten till antennelementet och vars andra ledare är ansluten till ett angränsande antennelement. Arrangemanget av kabelgenomföringar och sättet att ansluta kablarna ger gmppantennen en systematisk uppbyggnad och medverkar till enkel anslutning av antennen till en matningsenhet, såsom ett antal mikrovågsenheter. Antennen enligt uppfinningen medger en nära anslutning till mikrovågsenheter och enligt ett utförande innefattar matningsenheten en eller flera mikrovågsenheter som bildar antennelementens gemensamma jordplan.

Därigenom kan effektförluster som uppstår i koaxialkontakter och anslutningskontakter minskas samtidigt som kostnaderna för koaxialkontakter och koaxialkablar försvinner eller minskar betydligt. En nära anslutning till mikrovågsenhetema spar dessutom utrymme.

Antennelementen kan placeras inbördes enligt en mängd olika gitterkonfigurationer.

Två attraktiva gitterkonfigurationer i sammanhanget kan vara det rektangulära gittret eller det triangulära gittret.

I-s-s 10 15 20 25 30 522 054 4 Enligt en lämplig dimensionering av gruppantennen är två angränsande antennelement anordnade på ett inbördes centrumavstånd av väsentligen en halv våglängd för gruppantennens högsta arbetsfrekvens. Detta ger gruppantennen ett optimalt kompakt utförande utan att göra antennen mer komplex i sin konstruktion.

Antennelementets rotationssymmetriska kropp kan ges en mängd olika former, såsom exempelvis formen av en rotationsparaboloid eller kon.

Antennelementets rotationssymmetriska kropp består enligt ett utförande av i huvudsak aluminium. Valet av aluminium som ledare ger antennelementen låg vikt.

Ett annat utförande av antennelementet enligt uppfinningen och som håller ner vikten är att göra den rotationssyinmetriska kroppen ihålig.

Ett stabilt och lättillverkat antennelement enligt uppfinningen kännetecknas av att den rotationssymmetriska kroppen består av ett homogent metalliskt material.

Antennelementet kan tillverkas genom svarvning och homogeniteten bidrar till antennelementets stabilitet.

En gruppantenn enligt uppfinningen kan byggas upp av antennmoduler, där varje modul innefattar ett flertal antennelement.

Uppfinningen kommer nedan att beskrivas närmare under hänvisning till bifogade ritningar där: Figur 1 enligt snittet IA-1Ai figur 2 schematiskt visar en snittad sidovy av en del av en gruppantenn i överensstämmelse med ett utföringsexempel.

Figur 2 visar en schematisk toppvy av ett utföringsexempel på en gruppantenn enligt uppfinningen.

Figur 3a - 3c i snitt genom rotationscentrum visar tre olika exempel på utformningen av en rotationssymmetrisk kropp ingående i ett antennelement enligt uppfinningen. 10 15 20 25 30 522 054 5 Figur 4 i toppvy visar exempel på en distanshylsa som kan ingå i antennelementet enligt uppfinningen.

Den i figur 1 och 2 visade gruppantennen 1 innefattar ett jordplan eller en j ordplatta 2 på vilket respektive vilken anbringats antennelement 3. Antennelementen innefattar en rotationssymmetrisk kropp 4 med synirnetriaxel 5. Förhållandet mellan ett ingående antennelements höjd h och bredd b kan variera, men ligger företrädesvis inom ett intervall som begränsas av förhållandet 1:1 och förhållandet 6:1.

Figur 3 visar tre exempel på hur den symrnetriska kroppen kan vara utformad. Den i figur 3a visade kroppen har formen av en rotationsparaboloid och är utförd i homogent metalliskt material. Kroppen enligt figur 3b har formen av en ihålig kon med en hålighet 6 innesluten i ett metalliskt hölje 7. En tredje mer varierad form visas i figur 3c. Kroppen visas här homogen, men kan även utföras med hålighet. I ett mer extremt utförande kan kroppen till och med utformas så att den inte är kontinuerligt avsmalnande utan kan ha ett sig vidgande mellanparti. Det metalliska materialet kan utgöras av aluminium, rostfritt stål eller annat lämpligt ledande metalliskt material.

Såsom bäst framgår av figur 1 är ett skruvförband 8 anordnat att fast förbinda den rotationssymrnetriska kroppen 4 med jordplanet 2. I det visade exemplet utgörs skruvtörbandet av en i den rotationssymmetriska kroppen fast anbringad eller alternativt i ett stycke med kroppen utformad utstickande gängad tapp 9 . Den gängade tappen 9 samverkar med i j ordplanet 2 utformat gängförsett hål 10. Mellan den rotationssymmetriska kroppen 4 och jordplanet 2 är en distanshylsa 1 1, se figur 4, anordnad. Distanshylsan 11 är försedd med två kabelgenomföringar 12 och 13 med en öppning 14 i distanshylsans radiella riktning och en öppning 15 axiellt. I centrum av distanshylsan finns ett hål 16 dimensionerat så att tappen 9 ryms. Utöver hålet 16 är distanshylsan försedd med ytterligare två hål 23, 24 för samverkan med från jordplattan 2 utstickande stift 25, 26.

Vid montering av ett antennelement anbringas distanshylsan 11 centralt över det gängförsedda hålet 10. Vidare anbringas erforderliga kablar 17. Därefier skruvas den rotationssymmetriska kroppen 4 med gängad tapp 9 fast i jordplanet 2 med distanshylsan som mellanlägg. Distanshylsan 11 hålls fixerad relativt jordplanet 2 ,>.v» 10 15 20 25 30 522 054 6 under förloppet då kroppen 4 skruvas fast. Vid lämpligt moment avbryts skruvrörelsen. Då kroppen 4 är rotationssymrnetrisk har kroppens rotationsläge ingen inverkan på antennens funktion. I det här visade uttöringsexemplet fixeras distanshylsan ll relativt jordplanet 2 genom samverkan mellan de utstickande stiñen 25, 26 i jordplattan och hålen 23, 24 i distanshylsan ll. Andra lösningar är tänkbara inom uppfinningens ram.

Slitsar 21, 22 är anordnade i jordplanet 2. Dessa slitsar bildar sammantaget kanaler runt varje antennelement 3. I det visade exemplet i figur 2 bildas kanalnätet av fem parallella slitsar 22 som korsas under rät vinkel av fem parallella slitsar 21. Slitsarnas elektriska funktion är att fungera som en öppen krets.

Såsom antyds med streckade linjer i figur 1 är en matningsenhet anbringad i anslutning till undersidan av jordplanet 2. Matningsenheten har betecknats med 18 och kan bestå av ett fleital mikrovågsenheter 19, 20 som var och en betjänar ett flertal antennelement via kablar 17. Genom att anbringa mikrovågsenheterna direkt mot jordplanet 2 erhålls enklast möjliga anslutning av antennenheterna 3 med kolt ledningsdragning och inga eller få skarvar. Det är även möjligt att utforma matningsenheten bestående av mikrovågsenheter så att mikrovågsenheterna bildar gruppantennens jordplan 2.

Gruppantennen lärnpar sig för moduluppbyggnad och i det ovan beskrivna utlöringsexemplet ingår två moduler 27 och 28. En streckad linje 29 markerar gränssnittet mellan modulenia 27och 28. När gruppantennen byggs upp av intilliggande moduler på detta sätt, där varje modul innehåller ett antal antennelement 3, uppstår en skarv mellan intilliggande moduler. Denna skarv placeras lärnpligen mitt i en slits och är i figurerna 1 och 2 förlagd i en av slitsarna 21 enligt den streckade linjen 29. En placering av skarven mitt i en slits är gynnsam eftersom de elektriska ytströmmama är svaga i botten på slitsen. Därigenom skärs ingen stark strömbana av.

Uppfinningen är inte begränsad till de i ovanstående såsom exempel visade utföringsfonnema utan kan underkastas modifikationer inom ramen för efterföljande patentkrav.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 i 522 054 Patentkrav 1. Elektriskt styrd bredbandi g gruppantenn (1) innefattande ett flertal antennelement (3) anordnade i ett gemensamt plan (2) och anslutna till en matningsenhet (18), kännetecknad av att varje antennelement (3) innefattar en rotationssynnnetrisk kropp (4) anordnad på ett för flera antennelement gemensamt jordplan (2) med kroppens rotationsaxel (5) väsentligen vinkelrät mot jordplanet, vilken kropp i den från jordplanet fjärmade änden är utfonnad avsmalnande med växande avstånd från jordplanet och är försedd med en metallisk mantelyta. Gruppantenn enligt patentkravet 1, känneteckn ad av att jordplanet (2) är försett med kaviteter i form av slitsar (21, 22) som separerar antennelementen (3) från varandra och elektriskt fungerar som öppna ledningar. Gruppantenn enligt något av föregående patentkrav kännetecknad av att antennelementen (3) är förbundna med jordplanet (2) genom ett öppningsbart förband (8), såsom ett skruvförband. Gruppantenn enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att en dístanshylsa (11) är innefattad i varje antennelement (3) i övergången mellan den rotationssymmetriska kroppen (4) och jordplanet (2). Gruppantenn enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att jordplanet (2) är försett med två kabelgenomíöringar för varje antennelement, vilka är tilldelade en dubbelledare var, till exempel en koaxialkabel, vars ena ledare är ansluten till antennelementet och vars andra ledare är ansluten till ett angränsande antennelement. Gruppantenn enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att antennelementen (3) är placerade i ett rektangulärt gitter. Gruppantenn enligt något av patentkraven 1- 5, kännetecknad av att antennelementen (3) är placeradei ett triangulärt gitter. 10 15 20 25 30 10. ll. 12. 13. 14. 15. 16. 522 054 2 Gruppantenn enligt patentkraven 4 och 5, känneteckn at av att distanshylsoma innefattar kabelgenomföringar (12, 13). Gruppantenn enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att två angränsande antennelement (3) är anordnade på ett inbördes centrumavstånd av väsentligen en halv våglängd för gruppantennens högsta arbetsfiekvens. Gruppantenn enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att matningsenheten (18) innefattar en eller flera mikrovågsenheter (19, 20) som bildar antennelementens (3) gemensamma jordplan. Antennelement lämpat att ingå i en elektriskt styrd bredbandig gruppantenn enligt något av föregående patentkrav, varvid antennelementet (3) innefattar en rotationssynnnetñsk kropp (4) med en mot ena änden av kroppen avsmalnande form, kännetecknat av att antennelementets rotationssyrnmetriska kropp (4) är försedd med en metallisk mantelyta för bildande av ett strålande antennelement (3). Antennelement enligt patentkravet 11, kännetecknat av att den andra änden av kroppen innefattar organ (9) för demonterbar fasthållning av kroppen. Antennelement enligt patentkravet 12, kännetecknat av att organet (9) för demonterbar fasthållning innefattar ena delen av en skruvgängskoppling. Antennelement enligt något av föregående patentkrav ll-13, känneteckn at av att den rotationssymmetriska kroppen (4) väsentligen har formen av en kon. Antennelement enligt något av patentkraven 11-13, kännetecknat av att den rotationssyrnmetriska kroppen (4) väsentligen har formen av en rotationsparaboloid. Antennelement enligt något av patentkraven 11-15, kännetecknat av att den rotationssymmetriska kroppen (4) huvudsakligen består av aluminium. 10 15 20 17. 18. 19. 20. 21. 522 054 “i Antennelement enligt något av patentkraven 11-16, kännetecknat av att den rotationssyrnmetriska kroppen (4) är ihålig. Antennelement enligt något av patentkraven 11-16, kännetecknat av att den rotatíonssyrrnnetriska kroppen (4) består av ett homogent metalliskt material. Antennelement enligt något av patentkraven 11-18, kännetecknat av att en cirkulär distanshylsa (11) är innefattad i anslutning till den andra änden av kroppen. Antennelement enligt patentkravet 19, kännetecknat av att distanshylsan (1 1) är försedd med åtminstone en kabelgenomíöring (12 eller 13) med en första öppning (14) riktad i distanshylsans radiella riktning och en andra öppning (15) riktad parallellt med kroppens och hylsans symmetriaxel. Antennmodul innefattande ett flertal antennelement enligt något av patentkraven 1 1-20.