SE532035C2 - Antennmatningsarrangemang - Google Patents

Description

532 035 Ett problem med det kända arrangemanget enligt ovan är det faktum att en utformning med en luftbro förstör matningssymmetrin och medför en oönskad koppling mellan de tvâ antennportarna, vilket reducerar antennens prestanda.

En lösning till problemet med oönskad koppling på grund av en luftbro har föreslagits av Yamazaki (Electronic Letters, vol. 30, nr. 22, sidorna l8l4-1815, 1994), i vilken tvâ olika dielektriska skivor med tillhörande matningsnätverk är separerade av ett jordplanslager. Nackdelen med denna lösning är en komplicerad utformningsprocess och tillverkning, och också ökade kostnader på grund av de två separata dielektriska skivorna.

En annan lösning till ovan formulerade problem visas i dokument WO 98/33234 Al (Lindmark) där problemet löses med ett arrangemang, i vilket det inte finns några luftbroar i matningsarrangemanget, d.v.s. en utformning utan nâgra korsningar av matningsledningarna. Emellertid lider denna lösning av en obalanserad excitation av aperturslitsarna, vilket reducerar antennsystemets prestanda; även olika längder på slitsarna leder till olika patch-storlekar och olika stràlningsmönster i E- och H-planen för de två polarisationskanalerna.

Det finns därför ett behov av ett dualpolariserat patch- antennelement som har, trots en eller flera korsningar, en förbättrad isolering mellan antennportarna jämfört med känd teknik ovan.

KORTFATTÄD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN 10 15 20 30 532 G35 Ändamålet med föreliggande uppfinning är att lösa ovan nämnda problem hos kand teknik med oönskad koppling mellan antennportarna på grund av en eller flera korsningar av matningsledningarna.

Problemet löses med ett dualpolariserat aperturkopplat patch- antennelement sàsom det definieras i patentkrav l.

En fördel med föreliggande uppfinning är att kopplingen mellan antennportarna på grund av en eller flera korsningar reduceras samtidigt som strålningsmönstret förblir symmetriskt. En annan fördel med föreliggande uppfinning är att uppfinningen erbjuder en hög grad av frihet vid utformning av antenner enligt föreliggande typ.

KORTFÅTTAD FTGURBESKRIVNING Föreliggande uppfinning kommer att beskrivas med hänvisning till de bifogade figurerna i vilken: - Fig. 1A visar ett matningsarrangemang enligt känd teknik med en korsning; - Fig. 1B visar ett alternativt matningsarrangemang enligt kand teknik med fyra korsningar; - Pig. 2 visar en första utföringsform av föreliggande uppfinning där åtminstone en matningsförbindelse är förskjuten; - Fig. 3 visar en andra utföringsform av föreliggande uppfinning dar åtminstone ett par matningsledningar är förskjutna; - Fig. 4 visar en tredje utföringsform av föreliggande uppfinning där åtminstone en aperturslits är förskjuten; - Fig. 5A visar ett diagram med uppmätta S-parametrar för ett matningsarrangemang enligt känd teknik; 10 15 20 25 30 532 035 - Pig. 5B visar ett diagram med uppmätta S-parametrar för ett matningsarrangemang enligt en av utföringsformerna av föreliggande uppfinning där en oregelbunden konfiguration används; och ~ Fig. 6 visar strålningsmönstret för en antenn med ett matningsarrangemang enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Fig. 1A visar ett matningsarrangemang enligt känd teknik med en regelbunden konfiguration. En eller flera metall~patchar C matas av en korsformad apertur i jordplanet.

Ett matningsarrangemang D som visas i fig. 1A innefattar ett jordplan med en forsta aperturslits la och en andra aperturslits lb, varvid slitsarna korsar varandra vinkelrätt till bildande av en korsformad apertur i jordplanet. Vidare korsar aperturslitsarna i fig. 1A varandra vinkelrätt och centralt så att en symmetrisk konfiguration bildas.

Matningsarrangemanget innefattar vidare ett matningsplan med en forsta antennport Pa för att inmata mikrovàgsenergi via en första matningsförbindelse 3a till ett forsta par matningsledningar Ya som sträcker sig parallellt med den första aperturslitsen la på var sida om densamma, och en andra antennport Pb för att inmata mikrovågsenergi via en andra matningsförbindelse 3b :ill ett andra par matningsledningar Yb som sträcker sig parallellt med den andra aperturslitsen lb på var sida om densamma.

Matningsförbindelserna 3a och 3b är belägna pà en centrum linje, A och B, hos tillhörande par av matningsledningar, och 10 15 20 25 30 532 035 är därför symmetriskt arrangerade med avseende pà nämnda tillhörande par av matningsledningar.

Vidare sträcker sig nämnda par av matningsledningar Ya och Yb parallellt och ekvidistant (med ett avstånd d) utmed sina respektive aperturslitsar la och lb, och på vardera sidan om dessa. Dessutom innefattar varje par av matningsledningar Ya och Yb två ändstumpar 4a-4b och 4c-4d av samma längd.

Matningsledningarna korsar varandra vid en punkt 5 på ett inbördes avstànd från varandra for att undvika direkt konduktiv kontakt mellan matningsledningarna. Såsom tidigare nämnts är en vanlig lösning att använda luft som dielektrika mellan matningsledningarna, varför ofta en luftbro används, men fackmannen inser att föreliggande uppfinning också kan användas på lösningar med andra dielektriska material i korsningen.

I fig. lB visas ett alternativt, regelbundet konfigurerat matningsarrangemang enligt känd teknik. Den huvudsakliga skillnaden mellan matningsarrangemangen i fig. 1A och lB är antalet korsningar, varvid det finns fyra korsningar 5a-5d i fig. lB. För att reducera kostnaderna vid utformning av dualpolariserade antenner kan kretskort (Printed Circuit Boards, PCB) ersättas med plåtdelar. På grund av utformningen med plåtdelar kan det vara nödvändigt med fler än en korsning då större ledningsbredd och större matningsnätverk krävs när kretskort ersätts med plåt. En annan skillnad mellan arrangemangen i fig. 1A och lB är att arrangemanget i fig. lB inte har några ändstumpar. Uppenbart kan matningsledningarna i arrangemanget i fig. lB innefatta ändstumpar. lO 15 20 25 30 532 035 På grund av den symnetriska formen pà matningsarrangemanget enligt kand teknik måste polariseringarna korsa varandra vid åtminstone en punkt. Detta problem löses ofta med en luftbro, vilket betyder att de två polariseringarna korsar varandra på ett inbördes avstånd. Nackdelen med denna regelbundet utformade konfiguration är att den symmetriska matningen förstörs av korsningen, vilket kommer att resultera i en oönskad koppling mellan de två antennportarna.

Föreliggande uppfinning löser det omnamnda problemet med en ny utformning av matningsarrangemanget i vilken den regelbundna konfigurationen av matningsarrangemanget enligt känd teknik ersätts med en oregelbunden konfiguration av matningsarrangemanget, och därmed kompenseras den obalans som orsakats av en eller flera korsningar.

Det inses att isolationen mellan antennportarna förbättras om matningsarrangemanget är oregelbundet konfigurerat jämfört med lösningar enligt känd teknik. Den oregelbundna konfigurationen kommer att resultera i en ytterligare asymmetrisk matning, vilken kommer att kompensera för matningsasymmetrin som orsakats av en eller flera korsningar, varvid reducerad koppling uppnås samtidigt som antennens stràlningsmönster förblir symmetriskt.

I efterföljande del av beskrivningen kommer fyra exemplifierade utföringsformer av föreliggande uppfinning att beskrivas.

Fig. 2 visar en första utföringsform av föreliggande uppfinning. I denna figur visas två matningsförbindelser 3a och 3b. l detta särskilda exempel innebär matningsarrangemangets oregelbundna konfiguration att den 10 15 20 25 30 532 G35 forsta matningsförbindelsen 3a är förskjuten i relation :ill en symmetrisk centrumlinje A som passerar centralt genom ett första par matningsledningar Ya. Syftet med förskjutningen är att kompensera för kopplingen orsakad av korsningen 5.

Matningsförbindelsen är förskjuten med ett avstånd e utmed en av matningsledningarna. Längden pà förskjutningen med ett avstånd e från symmetrilinjen A kommer att bero på graden av koppling orsakad av korsningen. Det inses också av detta exempel att en andra matningsförbindelse 3b skulle kunna förskjutas relativt en centrumlinje B istallet för forskjutningen av matningsförbindelsen 3a relativt linjen A, eller så kan båda matningsförbindelserna 3a och 3b förskjutas i relation till sina respektive centrumlinjer A och B.

En andra utföringsform visas i fig. 3. I denna utföringsform ar matningsarrangemanget oregelbundet konfigurerat på så sätt att ett första par matningsledningar Ya är förskjutna i relation till en tillhörande aperturslits la, vilken sträcker sig parallellt med desamma. Avståndet från de tvà matningsledningarna till centrum på aperturslitsen la är dl respektive d¿ där dl # dg. Paret av matningsledningar Ya är förskjutet i sidled i relation till aperturslitsens centrumlinje med ett avstånd som kompenserar för kopplingen orsakad av korsningen 5. Paret matningsledningar Ya skulle också kunna förskjutas sidledes i den andra riktningen i relation till slitsen la. Det inses också från detta exempel att ett andra par matningsledningar Yb kan förskjutas i sidled i relation till en tillhörande aperturslits lb istället för förskjutning av paret matningsledningar Ya i relation till slitsen la, eller så skulle båda paren matningsledningar Ya och Yb kunna förskjutas i någon riktning parallellt med sina respektive tillhörande slitsar la respektive lb. 10 15 20 25 30 532 035 I fig. 4 visas en tredje utföringsform av föreliggande uppfinning. Matningsarrangemanget i fig. 4 är oregelbundet konfigurerat där en första aperturslits la är förskjuten i sidled i relation till en andra aperturslits lb med ett avstånd f från en symmetrisk centrumlinje A, men är fortfarande vinkelrät mot aperturslitsen lb, medan paren av matningsledningar Ya och Yb är placerade på sina respektive centrumlinjer A och B. Även från detta exempel inses det att aperturslitsen lb kan förskjutas i sidled i relation till aperturslitsen la, eller att båda aperturslitsarna la och lb förskjuts i sidled i relation till varandra men är fortfarande vinkelräta mo: varandra.

Fig. 5A visar ett diagram av uppmätta S-parametrar för ett matningsarrangemang enligt känd teknik och fig. 5B visar ett diagram av uppmätta S-parametrar för ett matningsarrangemang enligt den första utföringsformen av föreliggande uppfinning där matningsförbindelserna är förskjutna. I detta särskilda exempel var matningsförbindelserna 3a och 3b var och en förskjutna approximativt 14 mm från centrumlinjerna A respektive B, d.v.s. e ~ 14 mm. Från fig. 5A och 5B kan man dra slutsatsen att isoleringen med ett matningsarrangemang enligt föreliggande uppfinning (fig. 5B) är väsentligt förbättrad för de relevanta mikrovágsfrekvenserna jämfört med lösningen enligt känd teknik (fig. 5A).

Fig. 6 visar simuleringsresultat för strålningsmönstret för en patch-antenn med ett matningsarrangemang enligt en av utföringsformerna av föreliggande uppfinning. Från diagrammet kan man se att strålningsmönstret uppvisar utmärkta strålningsegenskaper med minimal koppling i den önskade huvudlobsriktningen. Följaktligen visar fig. 6 att föreliggande uppfinning uppvisar god strålningsdirektivitet, 10 15 20 25 30 532 035 vilket är ett annat viktigt prestandamàtt vid utformandet av dualpölariserade patch-antenner enligt föreliggande typ.

Det är uppenbart för fackmannen att utföringsformerna ovan kan kombineras så att ett matningsarrangemang enligt föreliggande uppfinning kan innefatta en, två, tre eller alla fyra av ovan utföringsformers särdrag. Därför erbjuder föreliggande uppfinning fackmannen stor frihet i fråga om designparametrar vid utformning av ett matningsarrangemang som kräver hög isolation mellan antennportarna i närvaro av en eller flera korsningar.

Fackmannen inser också att föreliggande uppfinning kan kombineras med andra välkända antennisoleringsmetoder inom detta teknikområde, t.ex. användandet av parasitiska element på den strålande sidan av antennen och/eller skärmningsväggar och/eller icke kvadratiska patchar o.s.v. Följaktligen är ytterligare kombinationer tillgängliga för fackmannen i utförmningsprocessen.

Föreliggande uppfinning är inte begränsad till de beskrivna utföringsformerna. De beskrivna utföringsformerna skall främst ses som möjliga alternativ inom ramen för uppfinningstanken, vilken endast begränsas av de bifogade patentkravens skyddsomfång. Därför skulle exempelvis modifikationer av föreliggande uppfinning, vilka inte är beskrivna här, exempelvis kunna vara: att aperturslitsarna kan ha andra geometriska former än de som visas i figurerna, men fortfarande väsentligen vara rektangulära; och att längden pà de olika ändstumparra kan variera, och vidare kan ändstumparna sträcka sig i de båda vinkelräta riktningarna från matningsledningarnas ände med olika längd.

Claims (6)

10 15 20 25 30 532 035 10 P A T E N T K R A V

1. Dualpolariserat aperturkopplat patch-antennelement innefattande åtminstone en antenn~patCh (C) OCh ett matningsarrangemang (D), varvid nämnda matningsarrangemang innefattar: - ett jordplan innefattande: en första aperturslits (la) och en andra aperturslits (lb) där nämnda aperturslitsar korsar varandra vinkelrätt; - ett matningsplan innefattande: - en första antennport (Pa) för att mata mikrovågsenergi via en första matningsförbindelse (3a) till ett första par matningsledningar (Ya) som sträcker sig parallellt utmed nämnda första aperturslits (la), på var sida om densamma; - en andra antennport (Pb) för att mata mikrovàgsenergi via en andra matningsförbindelse (3b) till ett andra par matningsledningar (Yb) som sträcker sig parallellt utmed nämnda andra aperturslits (lb), på var sida om densamma; och - de nämnda matningsledningarna korsar varandra vid åtminstone en punkt (5) på ett inbördes avstånd, kännetecknad av att àtminstone en del av nämnda matningsarrangemang är oregelbundet konfigurerat för att kompensera för en obalans orsakad av nämnda korsning (5) av nämnda matningsledningar, varmed en förbättrad isolering mellan nämnda antennportar (Pa, Pb) erhålles.

2. Dualpolariserat aperturkopplat patch~antennelement enligt patentkravet l, varvid åtminstone en av nämnda matningsförbindelser (3a, 3b) är förskjuten i relation till en centrumlinje mellan de tillhörande paren av matningsledningar (Ya, Yb). 10 15 20 532 035 ll

3. Dualpolariserat aperturkopplat patch-antennelement enligt patentkrav l eller 2, varvid åtminstone ett av nämnda par av matningsledningar (Ya, Yb) är förskjutet i sidled i relation till den tillhörande aperturslitsen (la, lb) som sträcker sig parallellt därmed.

4. Dualpolariserat aperturkopplat patch-antennelement enligt något av patentkraven l-3, varvid åtminstone en av nämnda aperturslitsar (la, lb) är förskjuten i sidled i relation till den andra aperturslitsen (la, lb).

5. Dualpolariserat aperturkopplat patch-antennelement enligt patentkrav l, varvid nämnda matningsledningar korsar varandra på ett inbördes avstånd vid fyra punkter (5a, 5b, 5c, 5d).

6. Dualpolariserat aperturkopplat patch-antennelement enligt patentkrav l, varvid nämnda aperturslitsar (la, lb) har väsentligen rektangulär form.