SE528084C2 - Matning för dubbelbandantenn - Google Patents

Description

528 084 inkluderar ett flertal patchar, varvid varje patch matas av matningsorgan som inkluderar spänningskällor kopplade till inriktade punkter på jordplanet hos en respektive patch och sonder som sträcker sig fràn punkten till patchen.

Det finns ett antal nackdelar med lösningarna enligt teknikens ståndpunkt. För det första medför lösningen som presenteras i EP 1 069 646 A2 en omständlig och arbetsintensiv montering av en uppsättning kablar, en för varje patch som används. Denna montering skall också utföras så att de sonder som används placeras på ett sätt så att de imaginära linjerna mellan dia- metralt motsatta sonder är ortogonala. Detta för att åstad- komma väl isolerad dubbelpolariserad strålning. Därför blir monteringen till och med ännu mer besvärlig. Vidare inkluderar varje matningsorgan också kondensatorer, vilket ger ett fler- tal komponenter att montera. Vidare medför användningen av ett flertal olika kablar också en besvärlig och tidsödande ersätt- ning, om en kabel skulle visa sig vara defekt eller gå sönder.

Sålunda finns ett behov av ett förbättrat sätt att tillhanda- hålla separata matningar till skilda antennelement, varvid monteringen, underhållet och också tillverkningen av antennen underlättas.

Sammanfattning av uppfinningon Ett syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en antennkonstruktion som överkommer de ovan nämnda nackdelarna.

I synnerhet är det ett syfte med uppfinningen att åstadkomma separata matningar i en dubbelbandantenn som ger önskade stràlningsmönster på ett enkelt monterbart sätt. I enlighet med uppfinningen underlättas monteringen, varvid arbets- krävande monteringssteg elimineras och ger därmed en mindre dyr antenn. Vidare åstadkommas en dubbelbandantenn som upp- visar pålitlig och säker matning av strålningselementen hos en 10 15 20 25 30 528 084 dubbelbandantenn, som ger önskade stràlningsmönster. Vidare tillhandahåller uppfinningen en ny, uppfinningsrik och enklare separat matning för tvâ eller flera antennelement i en dubbel- bandantenn.

Dessa syften uppnås, i enlighet med en första aspekt av upp- finningen, med en antenn såsom den definieras i den känneteck- nade delen av patentkrav 1.

I enlighet med uppfinningen àstadkommes en dubbelbandantenn som innefattar ett antal antennelement för att sända och/eller mottaga radiofrekvensstrâlning. Antennelementen är placerade ovanför varandra och en skärmad matning tillhandahålles genom ett första antennelement till ett andra antennelement, därvid möjliggörs separat matning av de olika antennelementen.

I enlighet med en utföringsform av uppfinningen anordnas den skärmade matningen genom ett aperturområde som innefattar en eller flera aperturer anordnade i nämnda första antennelement.

Därvid àstadkommes en enkel och ganska billig, men ändå pålit- lig, lösning för att mata antennelementen separat, vilken lös- ning àstadkommer en enkelt monterbar antennstruktur.

I enlighet med en utföringsform av uppfinningen innefattar den skärmade matningen ett ihàligt rör, genom vilket kablar är anordnade för att mata det andra antennelementet. Därvid åstadkommas ett ganska billigt skärmningsorgan, som är enkelt att montera och enkelt att tillverka.

I enlighet med en utföringsform av uppfinningen innefattar det ihåliga röret flera sektioner som uppvisar olika diametrar.

Det ger en flexibel lösning i vilken exempelvis den översta rörsektionen kan vara större än undre rörsektion(er), vilket möjliggör för konstruktören att gömma och skydda ytterligare komponenter inuti rörsektionen. 10 15 20 25 528 084 I enlighet med en utföringsform av uppfinningen är den skär- made matningen konduktivt kopplad direkt eller indirekt till ett jordplan. Den skärmade matningen kan fästas direkt vid ett övre antennelement eller inte alls. Därmed tillhandahàlles medel för en flexibel konstruktion, vilket möjliggör för en konstruktör att skräddarsy en antenn för specifika behov eller krav.

I enlighet med en utföringsform av uppfinningen matas det första antennelementet av en apertur i ett jordplan. Detta är den föredragna utföringsformen och den skärmade matningen är företrädesvis anordnad genom aperturen till ett antennelement placerat ovanför det första antennelementet.

Aïsenlighet med en utföringsform av uppfinningen innefattar antennelementen ett från en grupp bestående av: aperturanten- ner, såsom slitsar, horn eller aperturkopplade patchantenner, dipolantenner eller direktmatade (probe fed) antenner. Förutom att åstadkomma en flexibel lösning, är dessa väl kända kompo- nenter vilket möjliggör användning av billiga och enkelt utbytbara komponenter.

I enlighet med en utföringsform av uppfinningen är ett första antennelement anordnat att stràla ut vid ett lågt frekvensband och ett andra antennelement är anordnat att stràla ut vid ett högt frekvensband.

I enlighet med en utföringsform av uppfinningen innefattar dubbelbandantennen ett flertal antennelement som strålar ut i samma frekvensband, och de skärmade matningsorganen är anord- nade genom vart och ett av nämnda antennelement. Därvid kan en bredbandig tillämpning åstadkommas. 10 15 20 25 528 084 Ytterligare utföringsformer av föreliggande uppfinning och fördelar med den kommer att framgå tydligt av följande beskrivning i kombination med de bifogade ritningarna.

Kort beskrivning av ritningarna Fig. 1 visar en tvärsnittsvy av en dubbelbandantenn i enlighet med uppfinningen.

Fig. 2a-2d visar, i olika vyer, en utföringsform av en utfö- ringsform av dubbelbandantennen i enlighet med föreliggande uppfinning.

Fig. 3 visar en annan utföringsform av föreliggande uppfin- ning.

Fig. 4 visar ett typiskt aperturomràde i en reflektor, i en dubbelbandantenn i enlighet med föreliggande uppfinning.

Fig. 5 visar typiska antennelement hos en dubhelbandantenn i enlighet med föreliggande uppfinning.

Fig. 6 visar en annan utföringsform av föreliggande uppfinning som innefattar ett flertal antennelement.

Fig. 7 visar en utföringsform av det skärmade matningsorganet som uppvisar varierande diameter.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer Först under hänvisning till fig. l visas en schematisk vy av dubbelbandantennen i enlighet med föreliggande uppfinning. En dubbelbandantenn 1 betecknas generellt med referenssiffra 1.

Ett första antennelement 2 är anordnat, inkluderande utstrå- lande element 2a, såsom patchar, gjorda av ett elektriskt ledande material för att utstrála vid någon frekvens. Antenn- elementet 2 är placerat ovanför, exempelvis med hjälp av distanser 5, en första reflektor 7, varvid reflektorn 7 är 10 15 20 25 30 528 084 anordnad att reflektera strålning från det första antenn- elementet 2. En skärmande bur 6 är företrädesvis också anord- nad för att förhindra àterstrålning. Ett andra antennelement 3, inkluderande utstrálande element 3a, är placerat ovanför det första antennelementet 2, och en andra reflektor 8 är anordnad att utstràla strålning från det andra antennelementet 3.

Föreliggande uppfinning är, i sin mest generella form, baserad på idén att använda ett skärmat matningsorgan 9 genom ett första antennelement 2 till ett annat antennelement 3 placerat ovanför det. Det skärmade matningsorganet 9 kan företrädesvis anordnas genom användning av ett väsentligen symmetriskt rör, genom vilket kablar 10 eller liknande dras för att mata det övre antennelementet 3. I den schematiska vyn som visas i fig. 1 är det skärmade matningsorganet 9 inte kopplat hela vägen till det övre antennelementet 3, utan är jordat indirekt till jord med hjälp av den skärmande buren 6. Genom det skärmade matningsorganet 9 dras kablar 10 och kopplas till ett PCB (mönsterkort) 4 som är fastsatt under det utstrålande elemen- tet 2a hos det första antennelementet 2. Det första antenn- elementet 2 innefattar aperturer för att möjliggöra matning av det övre antennelementet 3.

I enlighet med uppfinningen sålunda, och nu under hänvisning till fig. 2a-c, visas uppfinningen som beskrivits i samband med fig. l närmare i detalj. Det skärmade matningsorganet 9 är anordnat genom en apertur 11 i det första antennelementet 2, för att möjliggöra en separat matning av det andra antenn- elementet 3, såsom beskrivits ovan. Det skärmade matningsorga- net 9 kan exempelvis innefatta ett iháligt rör, gjort av vilket som helst lämpligt elektriskt ledande material, såsom en metal. Det ihåliga röret är anordnat genom mitten av detta 10 15 20 25 30 528 084 nedre, första antennelement 2, exempelvis genom aperturer 6 i en första reflektor 7, och jordas, i denna utföringsfrom indirekt till jord, med hjälp av den skärmande buren 6 förbun- den med den första reflektorn 7. Den första reflektorn 7 är anordnad att reflektera strålning från det första antenn- elementet 2, men försiktighet skall i vissa fall tas med avseende på dess påverkan på strålningsegenskaperna för det ett eller flera övre antennelementen 3. Genom det ihåliga röret kan nu kablar 10 dras till ett matningsnätverk 4, anord- nat för att mata det andra antennelementet 3 med energi. I Fig. 2d har det övre antennelementet 3 avlägsnats för att visa aperturerna 11 i den andra reflektorn 8.

I utföringsformen som visas i fig. 2a-2d är det skärmade mat- ningsorganet 9, exempelvis ett ihàligt rör, anordnat genom en apertur i det första antennelementet 2 och lämnar ett visst utrymme mellan matningsnätverket 4 och det skärmade matnings- organet 9. Detta möjliggör en enklare montering av kablarna 10 som skall kopplas till matningsnätverket 4 (exempelvis ett PCB fäst under det andra antennelementet 3) för matning av det andra antennelementet 3.

I en annan utföringsform, visad i fig. 3a-3b, är det skärmade matningsorganet 9 kopplat till det andra antennelementet 3, och matningsnätverket 4 som matar det andra antennelementet 3 är placerat ovanpå det första antennelementet 2. I denna utfö- ringsform är därför en skärmande bur 12 anordnad under reflek- torn 8 hos det andra antennelementet 3. Denna skärmande bur 12 är nödvändig i de fall där det skärmade matningsorganet 9 är kopplat till det övre antennelementet 3, varvid den skärmande buren 12 åstadkommer den indirekta jordningen i den utförings- form som visas i fig. 3a-3b. Den skärmande buren 12 kan inne- sluta det erfordrade matningsnätverket, såsom exempelvis ett 10 15 20 25 30 528 0.84 PCB (ej visat) fastsatt i den, och vilka som helst andra före- dragna komponenter.

I fig. 4 visas en alternativ utföringsform av föreliggande uppfinning. I stället för en korsformig apertur bestående av vinkelräta slitsar, såsom i utföringsformen som visas i fig. 1 och fig. 2a-2d, anordnas ett aperturområde 13 i den första reflektorn 7. Aperturområdet 13 kan bestå av en eller flera raka slitsaperturer, eller elliptiska aperturer. Detta åstad- kommer en antenn som enkelt kan produceras för dess specifika, avsedda användning, och således flexibla designmedel.

I en annan utföringsform, exempelvis i utföringsformen som visas i fig. 4 är det skärmade matningsorganet 9 kopplat direkt till den jordade primära reflektorn 7, inte indirekt via en skärmande bur 5 som i den ovan beskrivna utförings- formen. Det skärmade matningsorganet 9 kan exempelvis lödas vid den första reflektorn 7.

Ju mindre det ihåliga röret görs, desto bättre, ett första krav är att det finns tillräckligt med rum för anordnandet av matningsorganen (exempelvis kablar) till det andra antenn- elementet 3. Det andra (dvs. det övre) antennelementet 3 kan därmed matas med hjälp av kablar dragna genom det ihåliga röret. Ett andra krav är att det skall vara möjligt att jorda det ihåliga röret, direkt eller indirekt. Emellertid är det möjligt att använda ett ihàligt rör som uppvisar varierande diameter, dvs. röret kan innefatta ett flertal rörsektioner som uppvisar olika diametrar. En fördel som därmed uppnås skulle vara möjligheten att använda en rörsektion som uppvisar en större diameter för de(t) översta antennelementen(t). Fig. 7 visar ett sådant skärmat matningsorgan innefattande ett ihà- lig rör med varierande diameter. Det skärmade matningsorganet 9 uppvisar två rörsektioner i den visade utföringsformen, med 10 15 20 25 30 528 084 en första sektion 9a med en diameter och en andra sektion 9b med en annan diameter. I fig. 7 visas två antennelement för strålning i ett första (företrädesvis lägre) frekvensband, och också två övre antennelement för strålning i ett andra (före- trädesvis högre) frekvensband. I en rörsektion med större dia- meter kan ytterligare önskade eller erfordrade komponenter placeras, varvid komponenterna kan skyddas och gömmas.

För att uppnå bästa möjliga prestanda för antennen skall mat- ningen vara så symmetrisk som möjligt. Om det andra (övre) antennelementet 3 endast tillhandahåller vertikal polarisa- tion, är en enda kabel tillräcklig, varvid det ihåliga röret kan utelämnas och den enda kabeln kan dras direkt. Detta eftersom en koaxialkabel är symmetrisk per se och skärmad. Om dubbelpolarisation krävs eller önskas och sålunda nödvändiggör två kablar, så är det skärmade ihåliga röret nödvändigt för att åstadkomma symmetri.

I enlighet med en annan utföringsform kan det skärmade mat- ningsorganet åstadkommas också med andra medel (dvs. ej med hjälp av det ihåliga röret). Det skärmade matningsorganet 9 kan exempelvis åstadkommas i form av omslutande ledningar av metallfolie eller liknande. Detta skulle ge en mycket tunn och smal skärmad matning, vilket är fördelaktigt vid vissa til- lämpningar.

I fig. 5 visas ytterligare en alternativ utföringsform av föreliggande uppfinning, innefattande en dipolantenn 14 för strålning i högfrekvensband istället för en patchantenn 3a, såsom i fig. 1 och 2a-2d. Det inses att uppfinningen inte är begränsad till användningen av dipoler 14 eller patchantenner 3, utan varje lämpligt stràlningsorgan kan användas, exempel- vis direktmatade antennelement. Det lägre frekvensbandet (nedre antennelementet) är företrädesvis alltid aperturmatat, 10 15 20 528 084 10 medan det översta högfrekvensbandet sålunda matas valfritt, såsom exemplifieras ovan.

Fig. 6a-b visar ytterligare en annan utföringsform av före- liggande uppfinning. I denna utföringsform är ett ytterligare antennelement 15 anordnat. Detta kan exempelvis fungera för att tillhandahålla bredbandsegenskaper till lâgbandantennen.

Det inses att ytterligare antennelement kan staplas ovanför varandra, genom vilka det skärmade matningsorganet 9 anordnas. lDet skall också påpekas att varje frekvensband kan breddas genom att anordna ett flertal antennelement för varje band, varvid det skärmade matningsorganet 9 är anordnat genom lämp- liga antennelement för att separat mata de översta antenn- elementen.

I enlighet med uppfinningen kan också ett arrangemang som innehåller ett flertal dubbelbandantenner i enlighet med upp- finningen också åstadkommas.

För att summera, tillhandahåller föreliggande uppfinning ett nytt, uppfinningsrikt sätt att åstadkomma separat matning av de olika antennelementen i en dubbelbandantenn, med hjälp av ett skärmat matningsorgan. Även om föreliggande uppfinning har visats och beskrivits med specifika utföringsformer, är många förändringar och modifieringar möjliga, såsom skulle vara uppenbart för en fackman.

Claims (11)

10 15 20 25 528 084 ll Patentkrav

1. Dubbelbandantenn (1) innefattande ett antal antennelement för att sända och/eller mottaga radiofrekvensstràlning, varvid nämnda antennelement är placerade ovanför varandra, känneteck- nad av att ett skärmat matningsorgan (9) är anordnat genom ett första antennelement (2) till ett andra antennelement (3) för att separat mata de olika antennelementen (2,3).

2. Dubbelbandantenn enligt krav 1, varvid nämnda skärmade mat- ningsorgan (9) är anordnat genom ett aperturomràde (13) inne- fattande en eller flera aperturer anordnade i nämnda första antennelement (2).

3. Dubbelbandantenn enligt krav 1 eller 2, varvid nämnda skär- made matningsorgan (9) innefattar ett ihàligt rör, genom viket kablar (10) är anordnade för att mata nämnda andra antenn- element (3).

4. Dubbelbandantenn enligt krav 3, varvid det ihåliga röret innefattar ett flertal sektioner som uppvisar olika diametrar.

5. Dubbelbandantenn enligt krav 1, varvid nämnda skärmade mat- ningsorgan (9) är konduktivt kopplat direkt jordplan.

6. Dubbelbandantenn enligt krav 5, varvid nämnda skärmade mat- ningsorgan (9) är konduktivt kopplat direkt till en jordad första reflektor (7).

7. Dubbelbandantenn enligt krav 1, varvid nämnda skärmade mat- ningsorgan (9) är konduktivt kopplat indirekt till en jordad första reflektor (7) med hjälp av en skärmande bur (6).

8. Dubbelbandantenn enligt något av föregående krav, varvid det första antennelementet (2) matas av en apertur (ll) i ett jordplan (7). 10 528 084 12

9. Dubbelbandantenn enligt något av föregående krav, varvid nämnda antennelement (2,3) innefattar ett från en grupp bestående av: aperturantenner, såsom slitsar, horn eller aper- turkopplade patchantenner, dipolantenner eller direktmatade antenner .

10. Dubbelbandantenn enligt något av föregående krav, varvid ett första antennelement är anordnat att utstrâla i ett lågt frekvensband och ett andra antennelement är anordnat att utstråla i ett högt frekvensband.

11. ll. Dubbelbandantenn enligt något av föregående krav, varvid dubbelbandantennen (1) innefattar ett flertal antennelement (2) och varvid det skärmade matningsorganet (9) är anordnat genom vart och ett av nämnda antennelement.