SE512320C2 - Antenn arbetande med två isolerade kanaler - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 ' 512 520 hålla isolationen mellan de båda kanalerna inom vart och ett av antennelementen.

Huvudsyftet uppnås enligt föreliggande uppfinning genom att 0 vart och ett av nämnda antennelement är inrättat att mottaga och/eller utsända dubbelpolariserade, inbördes ortogonala vå- gor som definierar två ömsesidigt isolerade kanaler, 0 nämnda parasitelement innefattar långsträckta partier som sträcker sig i längsled väsentligen parallellt med centrum- linjen (C) hos nämnda rad och 0 nämnda parasitelement är inrättade att åstadkomma, utöver en oundviklig direkt koppling från kanal till kanal mellan an- tennelementen i respektive par av intilliggande antennele- ment, en ytterligare koppling mellan antennelementen i nämnda respektive par, vilken ytterligare koppling är fasförskjuten på så sätt i förhållande till nämnda direkta koppling att den resulterande totala kopplingen från kanal till kanal däremel- lan minskas väsentligt.

Det har således på ett överraskande sätt visat sig vara mycket effektivt att anordna långsträckta parasitelement, i synnerhet i form av trådar, remsor och/eller stavar, väsentligen paral- lellt med centrumlinjen för raden av antennelement.

Parasitelementen kan framställas av elektriskt ledande mate- rial, t.ex. ett metall- eller ett kolfibermaterial, eller ett dielektriskt material med en dielektricitetskonstant som är större än 2, företrädesvis mellan 2 och 6, t.ex. polypropen el- ler PVC.

Det är ej nödvändigt att anordna parasitelement i närheten av samtliga mellanrum. Det är således möjligt att lämna några mellanrum helt fria eller att placera elementen i ett sicksack- mönster utmed raden, t.ex. genom placering av ett element mitt för vartannat mellanrum på vardera sidan om raden.

ZZBBOSEILDOC; 1998-07-13 10 15 20 25 30 35 5.12 320 Det enklaste arrangemanget är att placera parasitelementen sym- metriskt i förhållande till radens centrumlinje, exempelvis mitt för varje mellanrum eller mitt för flertalet mellanrum.

Parasitelementen bildas lämpligen av trådar, remsor eller sta- var. Längden hos dessa parasitelement beror på avståndet mellan intilliggande antennelement. I allmänhet bör de ha en längd som överstiger Ä/8. Som ett alternativ kan de uppdelas för bildande av två eller flera sektioner, placerade i längdled i serie den ena efter den andra.

Ett bekvämt arrangemang är att placera parasitelementen väsent- ligen i samma plan som raden av antennelement, exempelvis genom placering på samma bärskikt. Detta är särskilt användbart i det fall antennelementen består av platta patchar och parasitele- menten bildas av remsor. Patcharna och remsorna kan därvid pla- ceras på samma dielektriskt skikt, vilket underlättar tillverk- ningen.

Under ett sådant dielektriskt skikt med patchar, som tjänar som strålande antennelement, och remsor, som tjänar till att för- bättra isolationen mellan de båda mikrovàgskanalerna, finns företrädesvis minst ett ytterligare dielektriskt skikt med ett matningsnät och ett jordplanskikt av elektriskt ledande mate- rial, som är försett med aperturer, företrädesvis i form av korsande slitsar, mitt för respektive patch på det översta di- elektriska skiktet. På detta sätt kan mikrovågsenergi matas från matningsnätet via aperturerna till de strålande patcharna.

Om så erfordras kan antennen innefatta en metallreflektor- konstruktion utmed baksidan av raden av antennelement. Vidare kan antennen omfatta två eller flera rader placerade sida vid sida för bildande av en flerlobsantennenhet.

Uppfinningen förklaras närmare nedan i anslutning till olika utföringsformer som åskàdliggöres på bifogade ritningar.

ZZBBOSEA. DOC; 1998-07-13 JM 10 15 20 25 30 35 ' 5.12 320 Fig. 1 visar schematiskt en planvy av en antenn enligt en första utföringsform med en rad antennelement och parasitremsor placerade på vardera transversella sidan därom; Fig. 2 visar i perspektiv i sprängvy två skikt ingående i an- tennen enligt fig. l; Fig. 3 visar i perspektiv i sprängvy en andra utföringsform med dielektriska parasitelement; Fig. 4, 5 och 6 visar i planvyer tredje, fjärde, respektive femte utföringsformer med olika konfigurationer av ledande parasitelement; Fig. 7 och 8 visar kopplingen från kanal till kanal mellan två närliggande antennelement utan parasitelement; och Fig. 9 och 10 visar motsvarande koppling mellan två närliggande antennelement med parasitelement anordnade i närheten av mellanrummet däremellan.

På ritningarna visas endast de delar som är väsentliga för upp- finningstanken. Andra konstruktionselement och detaljer har utelämnats för tydlighets skull.

Den första utföringsformen av antennen, som visas i fig. l och 2, omfattar minst tvâ separata dielektriska skikt l, 2 (fig. 2) anordnade parallellt men på inbördes avstånd från varandra. På det bakre skiktet 2 (till vänster i fig. 2) finns ett jordplan- skikt (ej visat separat) av elektriskt ledande material och med ett antal korsformiga aperturer 3a, 3b anordnade i en längs- gående rad. På undersidan av det elektriska skiktet 2 finns ett matningsnät innefattande matarledningar 4a, 4b och gaffel- formiga matningselement 5a, 5b i form av mikrostripledningar, varvid matningsledningarna 4a och matningselementen 5a är an- slutna till en första mikrovågsmatningskanal 6a (fig. 1), medan 22880SEÄ.DOC; 1998-07-13 10 15 20 25 30 35 5.12 320 matningsledningarna 4b och matningselementen 5b är anslutna till en andra mikrovågsmatningskanal 6b.

De korsformiga aperturerna 3a, 3b är belägna mitt för (ehuru vridna 45° i förhållande till) en tillhörande strålande patch 7 på det övre eller främre skiktet 1. Patcharna 7 har var och en kvadratisk konfiguration och är anordnade i en rad utmed en centrumlinje C på regelbundna avstånd från varandra, så att det bildas mellanrum d mellan varje par av närliggande patchar 7.

Patcharna 7 matas från de båda matningskanalerna 6a, 6b för ut- strålning av en mikrovågslob med dubbel polarisation, i detta fall linjär polarisation i45° i förhållande till centrumlinjen C. De båda kanalerna bör givetvis vara elektriskt isolerade från varandra.

Enligt uppfinningen erhålles en förbättrad isolation mellan de båda kanalerna, normalt 10 dB, till ett värde på minst 30 dB, medelst långsträckta parasitelement anordnade på båda trans- versella sidorna om raden av patchar 7, i närheten av mellan- rummet d mellan närbelägna patchar.

I fig. 7-10 visas den principiella funktionen hos dylika lång- sträckta parasitelement. I fig. 7 visas två närbelägna antennelement 7a, 7b (utan parasitelement). En första kanal i det övre elementet 7a, representerad av en pil som pekar 45°' uppåt åt höger, kommer oundvikligen att koppla något till den andra kanalen i det undre elementet 7b som representeras av en pil som pekar 45° uppåt åt vänster, trots att de linjärt pola- riserade vågorna är ortogonala gentemot varandra. Denna direkta koppling från kanal till kanal representeras av en fasvektor V1 såsom visas i fig. 8. Kopplingsnivån från kanal till kanal, som beror på avståndet mellan de närbelägna antennelementen, är normalt ca -25 dB.

I fig. 9 har två parasitelement 8a, 8b tillagts. Dessa para- sitelement 8a, 8b åstadkommer en ytterligare kopplingsväg från 22880SEA. DOC; 1998-07-13 10 15 20 25 30 35 .512 320 kanal till kanal, varvid amplituden är ungefärligen av samma storleksordning som den direkta kopplingen från kanal till ka- nal, ehuru den är fasförskjuten ungefär 180° så att den i huvudsak eliminerar den direkta kopplingen från kanal till ka- nal. Den ytterligare kopplingen mellan kanalerna representeras av en fasvektor V2 i fig. 10, vilket resulterar i en total kopplingsfasvektor V3 från kanal till kanal som representerar en mycket lägre kopplingsnivå från kanal till kanal, normalt ca -35 dB.

I den föredragna utföringsformen som visas i fig. 1 och 2 ut- görs parasitelementen av långsträckta metallremsor 8a, 8b be- lägna symmetriskt på ömse sidor om centrumlinjen C, utanför om- rådet för patcharna 7, på samma dielektriska skikt 1, dvs väsentligen i samma plan som patcharna. Metallremsorna 8a, 8b är längre än mellanrummet d och är anordnade utmed två paral- lella sidolinjer S1, S2 (fig. 1).

Såsom antytts ovan har försök visat att parasitremsorna 8a, 8b effektivt minskar den elektromagnetiska kopplingen från kanal till kanal mellan intilliggande patchar, dvs från den ena mikrovågskanalen till den andra. Dessutom bibehålles isola- tionen mellan de båda kanalerna inom varje patch 7. Ortogonali- teten mellan de båda utstrålade polarisationerna förbättras likaså.

En andra utföringsform visas i fig. 3. Härvid är antennens bas- konstruktion densamma som i fig. 1 och 2. Emellertid utgörs parasitelementen 8'a, 8'b av dielektriska stavar (i stället för metallremsor) med en dielektricitetskonstant mellan 2 och 6 och placerade närmare patcharna 7. Om så önskas kan de tjäna som distansorgan och mekaniska fästorgan för att fixera de inbördes lägena för patcharna 7 och parasitelementen 8'a, 8'b.

En tredje utföringsform visas i fig. 4, som väsentligen motsva- rar den första utföringsformen (endast två antennelement 7 vi- sas). Metallremsorna 38a, 38b utgör parasitelement som är for- 2288OSEA.DOC; 1998-07-13 (I 10 15 20 25 512 320 made som långsträckta rektanglar med ett tvärgående utskott 39a, 39b placerat vid mittpartiet och som sträcker sig mot centrumlinjen C.

En fjärde utföringsform, som visas i fig. 5, motsvarar den föregående utföringsformen, ehuru de rektangulära elementen 48a, 48b ej har några utskott.

Såsom visas i fig. 6 är det möjligt att uppdela parasitelemen- ten i separata men mycket närbelägna partier 58a, 59a, respek- tive 58b, 59b, ter den andra. som är anordnade i längdled i serie den ena ef- Såsom antytts ovan kan parasitelementens placering och form modifieras inom ramen för patentkravet 1. Exempelvis är det möjligt att kombinera metalliska och dielektriska parasitele- ment. Några av dessa element kan orienteras i annan riktning.

Det är således ej nödvändigt att alla element är parallella med centrumlinjen C. Vidare kan patcharna 7 ha annan geometrisk form, förutsatt att de är symmetriska efter rotation 90°, eller också kan de ersättas av antennelement i form av konventionella dipoler.

Slutligen är det möjligt att anordna ytterligare parasitelement på de transversella sidorna om varje antennelement, i synnerhet för förbättring av isolationen mellan de båda kanalerna inom vart och ett av antennelementen. 22880SEA. DOC; l998-C7-l3

Claims (12)

10 15 20 25 30 35 5í2 320 PATENTKRAV

1. l. Antenn för mottagning och/eller utsändning av elektromagnetiska vågor, omfattande en matris av antennelement innefattande minst en längsgående rad av antennelement (7) be- lägna på avstånd (d) från varandra och parasitelement belägna i närheten av mellanrummen mellan nämnda antennelement (7), k ä n n e t e c k n a d a v att o vart och ett av nämnda antennelement är inrättat att mottaga och/eller utsända dubbelpolariserade, inbördes ortogonala vå- gor som definierar två inbördes isolerade kanaler, 0 nämnda parasitelement innefattar långsträckta partier som sträcker sig i längdled väsentligen parallellt med centrum- linjen (C) för nämnda rad, och 0 nämnda parasitelement är anordnade att åstadkomma, förutom en oundviklig direkt koppling från kanal till kanal mellan an- tennelementen i respektive par av närbelägna antennelement, en ytterligare koppling mellan antennelementen i nämnda respektive par, vilken ytterligare koppling är fasförskjuten på så sätt i förhållande till nämnda direkta koppling att den resulterande, totala kopplingen från kanal till kanal där- emellan reduceras väsentligt.

2. Antenn enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda parasitelement (8a, 8b) är anordnade symmetriskt i förhållande till centrumlinjen (C) hos nämnda rad.

3. Antenn enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda parasitelement är framställda av ett elektriskt ledande material.

4. Antenn enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda parasitelement (8'a, 8'b) är framställda av ett dielektriskt material med en dielektricitetskonstant större än 2, företrädesvis mellan 2 och 6, t.ex. polypropen eller PVC. 22880SEA. DOC; 1998-07-13 10 15 20 25 30 35 512 320

5. Antenn enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k- n a d a v att nämnda parasitelement utgörs av remsor (8a, 8b), trådar och/eller stavar (8'a, 8'b).

6. Antenn enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k- n a d a v att längden hos varje parasitelement (8a, 8b) är minst Ä/8, där Ä är våglängden.

7. Antenn enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k- n a d a v att åtminstone några av nämnda parasitelement omfat- tar minst två làngsträckta partier (58a, 59a, 58b, 59b) belägna i längdled i serie den ena efter den andra.

8. Antenn enligt något av kraven 1-7, k ä n n e t e c k- n a d a v att åtminstone några av parasitelementen innefattar ett långsträckt parti (38a, 38b) med åtminstone ett tvärgående utskott (39a, 39b).

9. Antenn enligt något av kraven 1-8, k ä n n e t e c k- n a d a v att parasitelementen är belägna utanför centrum- linjen (C) för nämnda rad.

10. Antenn enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d a v att parasitelementen (8a, 8b) är belägna utanför området för nämnda rad av antennelement (7).

11. Antenn enligt något av kraven 1-10, k ä n n e- t e c k n a d a v att nämnda parasitelement (8a, 8b) är be- lägna väsentligen i samma plan som de i nämnda rad placerade antennelementen (7).

12. Antenn enligt krav 11, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda antennelement består av platta patchar (7) uppburna av ett dielektriskt skikt (1) och att nämnda parasitelement (8a, 8b) uppbärs av samma dielektriska skikt (1). ZZBBOSEA. DOC; 1998-07-13