EP2543111B1 - Antennenstruktur mit dipolen - Google Patents

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EP2543111B1
EP2543111B1 EP11706290.1A EP11706290A EP2543111B1 EP 2543111 B1 EP2543111 B1 EP 2543111B1 EP 11706290 A EP11706290 A EP 11706290A EP 2543111 B1 EP2543111 B1 EP 2543111B1
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dipoles
reflector
horns
dipole
feet
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Sébastien PALUD
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/28—Conical, cylindrical, cage, strip, gauze, or like elements having an extended radiating surface; Elements comprising two conical surfaces having collinear axes and adjacent apices and fed by two-conductor transmission lines

Definitions

  • an antenna structure comprising a flat reflector, two dipoles symmetrical with respect to a plane of symmetry perpendicular to the reflector and a dipole supply network, is characterized in that the length of the sides of the reflector is at most equal to half the wavelength corresponding to the low frequency of an operating frequency band, each of the dipoles has two metal cones forming a vee, hollow metal feet are fixed transversely to the horns and on the reflector so that projections of the dipoles orthogonal to the reflector are contained in the reflector, the horns and the feet have lengths less than a quarter of the wavelength, and the supply network extends for each dipole in the foot of one of the horns and in said each dipole between the foot of said one horn and the small base of the other horn to feed the dipoles symmetrically.
  • the low losses and the good high power performance of the dipole horns, the vee shape, the positioning and spacing of the dipoles and their distances to the reflector as well as the orientation of the cones of the dipoles, for example frustoconical or truncated pyramidal, above the reflector contribute to obtaining radiation patterns and controlled gains on octave bandwidths.
  • Various characteristics of the antenna structure set forth below in combination with those set forth above contribute to the improvement of these results.
  • the supply network can be advantageously embedded in the antenna structure without the use of visible cables or wires and while retaining the coaxial nature of the cable feeding the antenna structure and winding for example in a pylon whose top supports the antennal structure .
  • parallel metal hollow sleepers may be attached to both sides of the reflector and each support the feet of two horns, and the feed network may extend from a connector attached to one of the cross between the two feet supported by said one cross member, to the dipoles through said one cross member and said two legs.
  • the horns and sleeves may have a regular circular or polygonal cross section, for example hexagonal or octagonal.
  • the cones can be made by rolling or folding a metal sheet or by discretizing the frustoconical profile by means of a frustoconical sheet of metal son stretched and welded to the bases of the cones.
  • the horns, the reflector, the feet and the cross members may be for example aluminum or a light alloy so that the mass of the antennal structure is low.
  • the reflector 3 comprises a rigid square metal frame 31 formed by brackets and a wire mesh 32 fixed to the sides of the frame.
  • the length of the sides of the frame is at most equal to ⁇ / 2.
  • the mesh sides of the grid 32 are very small relative to the wavelength ⁇ so as to minimize the radiation towards the rear of the SA structure opposite the cones with respect to the reflector, while limiting the wind resistance and the weight of the structure.
  • the mesh pattern of the grid 32 may be of any shape.
  • the reflector is made by a solid metal surface, for example by a sheet.
  • the antennal structure can be protected by a radome ensuring its sealing.
  • the part of the supply network 5 for a second dipole 21-22 comprises, since the connector 51, a coaxial line section 52 with a core passing through the centralizers 251 in the crosspiece 25, a coaxial line section 53 with a core passing through the centralizers 231 in the foot 23 of the dipole 21-22 and having an end opening into the horn 21 of the dipole 21-22, a coaxial line section 54 with a core passing through a dielectric center 211 in the horn 21 located between the foot 23 and the sleeve 27 and an impedance matching metal washer 271 located at the junction of the horn 21 and the dielectric sleeve 27, and a bent core 55 passing through the dielectric sleeve 27 of the dipole 21-22 and having an end fixed in the center of a metal return element 221 fixed in the vicinity of the small metal base of the other horn 22 of the dipole 21-22.
  • each antenna structure SA1 to SA4 each with a pair of first dipoles 11-12 and a pair of second dipoles 21-22, such as the antenna structure SA, are grouped together to form a cubic cage CG.
  • the reflectors 3 of the antenna structures SA1 to SA4 are arranged on two pairs of parallel faces of the cubic cage.
  • the arrangement of the reflectors 3 of the antenna structures SA1 to SA4 is maintained by arrangement of rods and bars (not shown) supporting the reflectors and fixed for example at the top of a pylon.
  • Two parallel sides of the reflector frame 31 of each antenna structure may be connected to sides of the reflector frames of two other antenna structures.
  • Two parallel faces of the cubic cage CG are hollow.
  • the two second turbocharged dipoles 21-22, the feet 23 and 24, the crosspieces 25 and 26 and the supply network 5 are removed in the Figures 1 to 4 when the single polarization antennal structure comprises only the first two horned vee dipoles 11-12 (see FIG. figure 8 ).

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Claims (11)

  1. Antennenstruktur mit einem Flachreflektor (3), zwei Dipolen (11-12 bzw. 21-22), die symmetrisch in Bezug auf eine zum Reflektor senkrechte Symmetrieebene (YY-ZZ bzw. XX-ZZ) sind, und einem Versorgungsnetz (4 bzw. 5) für die Dipole, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Länge der Seiten des Reflektors (3) höchstens gleich der Hälfte der Wellenlänge ist, die der Niederfrequenz eines Betriebsfrequenzbands entspricht,
    jeder der Dipole (11-12 bzw. 21-22) zwei Metallhörner hat, die ein V bilden, Metallhohlfüße (13, 14 bzw. 23, 24) quer zu den Hörnern und am Reflektor so befestigt sind, dass zum Reflektor orthogonale Vorsprünge der Dipole im Reflektor enthalten sind,
    die Hörner und die Füße Längen haben, die kleiner sind als ein Viertel der Wellenlänge, und
    das Versorgungsnetz (4 bzw. 5) sich bei jedem Dipol im Fuß (13 bzw. 23) eines der Hörner (11 bzw. 21) und in eben diesem Dipol zwischen dem Fuß des einen Horns und dem kleinen Ansatz des anderen Horns (12 bzw. 22) erstreckt, um die Dipole symmetrisch zu versorgen.
  2. Antennenstruktur nach Anspruch 1, wobei jeder Dipol eine dielektrische, gekröpfte Muffe (17 bzw. 27) aufweist, die an den kleinen Ansätzen der Hörner (11, 12 bzw. 21, 22) befestigt ist.
  3. Antennenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich die Achsen der Hörner (11, 12) jedes Dipols und die Achsen der Füße (13, 14) der Hörner in einer zum Reflektor (3) senkrechten Ebene befinden und die großen Ansätze (18) der Hörner näher am Reflektor (3) sind als die Spitzen (17) der durch die Dipole gebildeten Vs.
  4. Antennenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Achse des einen (21) der Hörner jedes Dipols und die Achse des Fußes (23) des einen Horns (21) koplanar zur Halbebene eines stumpfen Flächenwinkels sind, dessen andere Halbebene zur Achse des anderen Horns (22) und zur Achse des Fußes (24) des anderen Horns (22) des jeden Dipols koplanar sind, und die großen Ansätze (28) der zwei Hörner der Dipole, die zu einer Seite des Reflektors ausgerichtet sind, weiter voneinander entfernt sind als die Spitzen (17) der durch die Dipole gebildeten Vs und näher am Reflektor (3) sind als die Spitzen (17) der Vs.
  5. Antennenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, parallele Metallquerhohlstreben (15, 16 bzw. 25, 26) umfassend, die an zwei Seiten des Reflektors (3) befestigt sind und jeweils die Füße (13, 14 bzw. 23, 24) der zwei Hörner stützen, und das Versorgungsnetz (4 bzw. 5) sich von einem Verbinder (41 bzw. 51), der an einer der Streben (15 bzw. 25) zwischen den zwei von der einen Strebe gestützten Füßen (13 bzw. 23) befestigt ist, über die eine Strebe und die zwei Füße bis zu den Dipolen erstreckt.
  6. Antennenstruktur nach Anspruch 5, wobei das Versorgungsnetz (4 bzw. 5) sich in einer Koaxialleitung befindet, die als Außenleiter die Wände der einen Strebe (15 bzw. 25) und der zwei Füße (13 bzw. 23) und als Innenleiter in der einen Strebe zentrierte Metallkerne (42, 43 bzw. 52, 53), die zwei Füße und die von den zwei Füßen gestützten Hörner hat, und wobei bei jedem Dipol (11.12 bzw. 21-22) ein gekröpfter Kern (44, 45 bzw. 54, 55), der den Dipol zentral durchquert, ausgehend vom Bereich des Fußes (13 bzw. 23) des Horns (11 bzw. 21) als Außenleiter bis zumindest einem Masserückleitermetallelement (121 bzw. 221) dient, das in der unmittelbaren Nähe des kleinen Ansatzes des anderen Horns (12 bzw. 22) des Dipols befestigt ist.
  7. Antennenstruktur nach Anspruch 6, wobei jeder Dipol (11-12 bzw. 21-22) eine Impedanzanpassungsmetallscheibe (171 bzw. 271) aufweist, die kontaktlos vom gekröpften Kern (44, 45 bzw. 54, 55) durchquert wird.
  8. Gruppe aus mehreren Antennenstrukturen (SA1 - SA4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zwei parallele Seiten jedes Reflektors (3) jeder Antennenstruktur (SA1) mit Seiten der Reflektoren von zwei anderen Antennenstrukturen (SA2, SA3) verbunden sind, um einen polyedrischen Käfig (CG) mit zwei parallelen Hohlseiten zu bilden, und die Dipole (11-12 bzw. 21-22) außerhalb des Käfigs positioniert und insgesamt in einer gemeinsamen Richtung ausgerichtet sind.
  9. Antennenstruktur mit einem quadratischen Flachreflektor (3), zwei ersten Dipolen (11-12), die symmetrisch in Bezug auf eine zum Reflektor senkrechte erste Symmetrieebene (YY-ZZ) sind, zwei zweiten Dipolen (21-22), die symmetrisch in Bezug auf eine zum Reflektor und zur ersten Symmetrieebene senkrechte zweite Symmetrieebene (XX-ZZ) sind, und einem ersten Versorgungsnetz (4) für die ersten Dipole und einem zweiten Versorgungsnetz (5) für die zweiten Dipole, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Länge der Seiten des Reflektors (3) höchstens gleich der Hälfte der Wellenlänge ist, die der Niederfrequenz eines Betriebsfrequenzbands entspricht,
    jeder der ersten Dipole (11-12) zwei Metallhörner hat, die ein V bilden und quer von ersten Metallhohlfüßen (13, 14) gehalten sind, die so am Reflektor befestigt sind, dass zum Reflektor orthogonale Vorsprünge der ersten Dipole im Reflektor enthalten sind,
    jeder der zweiten Dipole (21-22) zwei Metallhörner hat, die ein V bilden und quer von zweiten Metallhohlfüßen (23, 24) gehalten sind, die so am Reflektor befestigt sind, dass zum Reflektor orthogonale Vorsprünge der zweiten Dipole im Reflektor enthalten sind,
    wobei die Hörner und die Füße aller Dipole Längen haben, die kleiner sind als ein Viertel der Wellenlänge,
    das erste Versorgungsnetz (4) über die erste Symmetrieebene (YY-ZZ) verfügt und sich bei jedem ersten Dipol im Fuß (13) des einen (11) der Hörner des ersten Dipols und in eben diesem Dipol zwischen dem Fuß des einen Horns und dem kleinen Ansatz des anderen Horns (12) eben dieses ersten Dipols erstreckt, um die ersten Dipole phasengleich zu versorgen, und
    das zweite Versorgungsnetz (5) über die zweite Symmetrieebene (XX-ZZ) verfügt und sich bei jedem zweiten Dipol im Fuß (23) des einen (21) der Hörner eben des zweiten Dipols und in eben diesem Dipol zwischen dem Fuß des einen Horns und dem kleinen Ansatz des anderen Horns (22) eben dieses zweiten Dipols erstreckt, um die zweiten Dipole phasengleich zu versorgen.
  10. Antennenstruktur nach Anspruch 9, wobei sich bei jedem ersten Dipol die Achsen der Hörner (11, 12) und die Achsen der Füße (13, 14) der Hörner in einer zum Reflektor (3) senkrechten Ebene befinden und die großen Ansätze (18) der Hörner näher am Reflektor (3) sind als die Spitzen (17) des durch jeden ersten Dipol gebildeten V, und
    bei jedem zweiten Dipol die Achse des einen (21) der Hörner jedes Dipols und die Achse des Fußes (23) des einen Horns (21) koplanar zur Halbebene eines stumpfen Flächenwinkels sind, dessen andere Halbebene koplanar zur Achse des anderen Horns (22) und zur Achse des Fußes (24) des anderen Horns (22) ist, und die großen Ansätze (28) der zwei Hörner der zweiten Dipole, die zu einer Seite des Reflektors ausgerichtet sind, weiter voneinander entfernt sind als die Spitzen (27) der durch die zweiten Dipole gebildeten Vs und näher am Reflektor (3) sind als die Spitzen (17) der durch die zweiten Dipole gebildeten Vs.
  11. Antennenstruktur nach Anspruch 9 oder 10, umfassend
    erste Metallquerhohlstreben (15, 16), die senkrecht zu zwei parallelen Seiten des Reflektors (3) an einer Fläche des Reflektors befestigt sind und jeweils die ersten Füße (13) von zwei Hörnern (11) der ersten Dipole stützen, wobei sich das erste Versorgungsnetz (4) von einem Verbinder (41), der an der einen (15) der ersten Streben zwischen den zwei von der einen ersten Strebe gestützten ersten Füßen (13) befestigt ist, über die eine erste Strebe und die zwei ersten Füße bis zu den ersten Dipolen (21-22) erstreckt, und
    zweite Metallquerhohlstreben (25, 26), die senkrecht zu zwei anderen parallelen Seiten des Reflektors (3) an einer anderen Fläche des Reflektors befestigt sind und jeweils die zweiten Füße (23) von zwei Hörnern (21) der zweiten Dipole stützen, wobei sich das zweite Versorgungsnetz (5) von einem Verbinder (51), der an der einen (25) der zweiten Streben zwischen den zwei von der einen zweiten Strebe gestützten zweiten Füßen (23) befestigt ist, über die eine zweite Strebe und die zwei zweiten Füße bis zu den zweiten Dipolen (21-22) erstreckt.
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