NO172918B - Radiolinjeantenne - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en radiolinjeantenne i henhold til innledningen av krav 1.

Antenner som benyttes i militære radiolinjer og her spesielt for mobil drift, må ha minst mulige dimensjoner, være lett konstruert og lite synlige. De blir derfor i de vanlige frekvensområder inntil ca. 2 GHz hyppig konstruert av diskret stråleelementer og har maksimale dimensjoner på ca. 5-6 bølge-lengder. Kjente utførelsesformer er f.eks. dipolgrupper av plane eller vinkelformede reflektorer. Bortsett fra den relativt kompliserte og kostnadskrevende konstruksjon som betinges ved bruk av en rekke enkeltelementer respektive av fordeler-koblinger med høye nøyaktighetskrav, har de strålingsegen-skaper som ved større båndbredder er karakterisert ved et relativt høyt sidelobenivå. Årsakene til dette er bl.a. de for gruppeantenner typiske tendenser til dannelse av såkalte sekundære hovedlober, når primærelementavstandene ved store frekvensbåndbredder elektrisk sett blir for stor.

Som radiolinjeantenner for mobil drift spesielt på det militære området for det omtalte frekvensområde, kommer også i betraktning parabolreflektorantenner med et egnet utført primærstrålersystem.

Fra US-PS nr. 2 462 881 og særlig fra boken av S. Silver: "Microwave Antenna Theory and Design", McGraw-Hill Book Company, Inc., 1949, New York-Toronto-London, sidene 245-248 spesielt fig. 8s og 8b, er det kjent en slisset dipolanordning på basis av en koaksial ledning, hvor den koaksiale ledning på sin ende er forsynt med en hjelpereflektor. Denne kjente stråleranordning lar seg også benytte som primærstrålersystem i en parabolreflektorantenne. I sin grunnutførelse utgår radiolinjeantennen i henhold til oppfinnelsen fra en parabolreflektorantenne med et slikt primærstrålersystem. Fig. 1 og 2 viser henholdsvis sett fra siden og i et snitt II-II denne kjente, som primærstrålersystem anvendbare primærantenneanordning. Den ytre leder 11 til en koaksialledning 2 er forsynt med to diametralt motsatt liggende langsslisser 13, 14 som kan ha en lengde på ca. en halv arbeidsbølgelengde og en bredde på ca. 1/40 av denne bølgelengde. Loddrett på planet som de to langsslisser 13 og 14 ligger i, er det på den ytre leder 11 påsatt de to halvdeler 15 og 16 av en dipolprimærantenne. Den indre leder 12 til koaksialledningen 2 er ensidig kortsluttet med en metallisk forbindelsesstift 17 til den ytre leder 11. Denne kortslutning ligger som regel på stedet for dipolfestepunktet. Uten kortslutning ville det forplante seg en normal TEM-bølge i slissområdet som av symmetriårsaker ikke danner det nødvendige felt for utstråling langs slissene 13 og 14 og dermed ikke kan eksitere dipolhalvdelene 15 og 16.

Fig. 3 viser feltbildet i slissområdet for koaksialledningen

2. Til venstre øverst på fig. 3 er det vist en normal TEM-bølge. Ved den ved hjelp av metallstiften 17 frembragte kortslutning blir det fremtvunget en deformasjon av feltbildet i koaksialledningen 2. På stedet for kortslutningen blir den tangensiale feltstyrke null. Feltdiagrammet ligger nå symmetrisk til aksen til kortslutningsstiften 17. Det således dan-nede feltdiagram svarer nå til det for H 11-bølgetypen i koaksialledningen som er vist øverst til høyre på fig. 3 og som overlagrer denne på denne figur øverst til venstre viste TEM-bølgetype for den uforstyrrede koaksialledning. Det resulterende totalfelt er vist nederst på fig. 3 og har en kon-figurasjon med en feltstyrke null på stedet for kortslutningsstiften 17 og med en bort fra begge sider av stiften 17 til-tagende feltstyrke til en maksimalverdi på den motsatt liggende side. Dermed blir det over bredden av hver langssliss 13 resp. 14 bygget opp et felt som muliggjør utstrålingen fra disse langsslissene 13 og 14 og samtidig også eksitasjonen av hver dipolhalvdelene 15 resp. 16.

For å belyse åpningsflaten til en parabolreflektor blir den

på fig. 1 og 2 viste primærantenneanordning plassert i dens brennpunkt. Denne i og for seg kjente primæranordning har som primærstrålersystem i en reflektorantenne på grunn av util-strekkelig fokusering imidlertid en relativt høy overstråling ved reflektorkanten med tilsvarende store sidelober som følge. Dessuten vil det danne seg en dårlig diagramsymmetri pga. forskjellige strålingsfordelinger i E- og H-planet samt

en sterk frekvensavhengighet av primærstrålingen.

Fra DE-PS nr. 154 598 er det kjent en radiolinjeantenne med en paraboloidformet hovedreflektor som belyses av et primærstrålersystem som mates over gjennom en senteråpning i hovedreflektoren ført koaksialledning. En dipol er over en slissymmetre-ring tilkoblet koaksialledningen. På den mot siden av hovedreflektoren vendte side av dipolen ligger det eksempelvis en i form av en plan metallisk plate utført reflektor. Omkring primærstrålersystemet er det ved denne kjente antenne anordnet et av dielektrisk materiale bestående beskyttelsesdeksel som riktignok fører til at antennens refleksjonsfaktor tiltar på en uheldig måte. Denne ulempe utjevnes ved at primærstrålersystemet er forsynt med minst en av et metallisk materiale bestående ring. Med hensyn til sine sidelobeforhqld, spesielt på begge sider av hovedstråleretningen, skiller seg imidlertid denne antenne knapt fra den som allerede er omtalt ovenfor og kjent fra boken av S. Silver.

Fra DE-PS nr. 3 049 532 er det kjent en annen radiolinjeantenne med et primærstrålersystem for en parabolreflektor. Ved den særlige utførelse av primærstrålersystemet skal dempningen til sidelobene som ligger nær hovedloben, forbedres. Primærstrålersystemet blir matet over en gjennom en senteråpning i hovedreflektoren ført koaksialledning. På enden er koaksialledningen forsynt med en over en slissoverføring eksitert dipol som på sin side til gjengjeld eksiterer en Hn-bølge i en potteformet bølgeleder. Denne H1:L-bølge mater en dielektrisk rørstråler som omgir koaksiallinjen i et område mellom dipol og hovedreflektor og utfyller bølgelederen i dens koaksiale åpning. En metallisk ring omkring rørstråleren forminsker en stråling i bakoverretningen. Da ved denne kjente antenne den egentlige primærstråler er den av H^-bølgen til en bølgeleder eksiterte dielektriske rørstråler, mens ved radiolinjeantennen i henhold til den foreliggende oppfinnelse skal den effektive primærstråler være dipolen selv, dreier det seg her om to funksjonelt meget forskjellige systemer.

Fra DE-OS nr. 3 231 097 er det kjent en cassegrain-antenne hvis underreflektor ikke som ellers vanlig er festet ved hjelp av støtter, men ved hjelp av et massivt plastlegeme på primærstrå-leren, fortrinnsvis en hornstråler. Plastlegemet tjener her altså utelukkende til feste av underreflektoren på primærstrå-leren.

Hensikten med oppfinnelsen er ved en i militære radiolinjer

og her særlig for mobil drift anvendbar antenne å oppnå en best mulig i forhold til vanlige antenner av den viste type tydelig forbedret sidelobedemping ved enkel og lett konstruksjon av den samlede anordning. Et viktig synspunkt er herved de betraktelige skjerpede krav til ECM-motstandsevnen, dvs. reduksjonen av den mulige trusel pga. fiendtlig fremmedstøy som kan falle inn fra vilkårlige retninger i området for sidelobene, altså ikke bare i nabolobene til hovedloben.

I henhold til oppfinnelsen som angår en radiolinjeantenne som angitt i innledningen av krav 1, oppnås denne hensikt ved bruk av de i karakteristikken til krav 1 angitte kjenne-tegn. Det vesentligste element i denne forbindelse er det nye primærstrålersystem som oppfyller både kravet om en vidtgående symmetrisk åpningsflatebelysning av reflektoren såvel som stor båndbredde og god tilpasning og også oppnår en stråleledning og bølgekonsentrasjon langs primærantennens hovedakse. Dermed kan en ønsket reduksjon av reflektorkant-strålingen og overstrålingen oppnås.

Fordelaktige og hensiktsmessige tiltak i sammenheng med ut-førelsen og for videre forbedring av strålingsegenskapene til radiolinjeantennen i henhold til oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares i tilknytning til tegningen. Fig. 1 og 2 viser, sett fra siden, henholdsvis i snitt II-II, en allerede tidligere beskrevet, kjent og som primærstrålersystem anvendbar antenneanordning. Fig. 3 viser likeledes allerede omtalte feltdiagrammer for denne kjente primærantenneanordning. Fig. 4 viser, sett fra siden, primærstrålersystemet for en radiolinjeantenne i henhold til oppfinnelsen. Fig. 5 viser, sett fra siden, en del av dette primærstrålersystem. Fig. 6 viser likeledes, sett fra siden, den samlede utførelse av en radiolinjeantenne i henhold til oppfinnelsen.

På fig. 4 er konstruksjonen av et primærstrålersystem vist sett fra siden, hvori radiolinjeantennen i henhold til oppfinnelsen skal anvendes. Som ved den allerede i tilknytning til fig. 1-3 omtalte, kjente anordning/ er den ytre leder 11

av en koaksialleder 2 forsynt med to diametralt motsatt liggende langsslisser 13 og 14, som kan ha en lengde på en arbeidsbølgelengde og en bredde på omtrent 1/40 av arbeids-bølgelengden. Loddrett på planet som de to langsslisser 13 og 14 ligger i, er de to halvdeler 15 og 16 av en dipolantenne påsatt den ytre leder 11. Den indre leder 12 i koaksialledningen 2 er kortsluttet med den ytre leder 11 på en side ved en metallisk forbindelsesstift 17. Denne kortslutnings-stift ligger i det utførte eksempel ved stedet for feste-punktet til de to dipolhalvdeler 15 og 16. Den strålende del av primærstrålersystemet som består av kombinasjon av de to langsslisser 13 og 14 og de to dipolhalvdeler 15 og 16, er helt innesluttet i et av et egnet dielektrisk materiale bestående legeme 18 med lav tapsfaktor. Dette av dielektrisk materiale bestående legeme 18 som er vist for seg selv sett fra siden på fig. 5, har en hovedsakelig sylindrisk form med en utvendig diameter på omtrent 0,3 ganger arbeidsbølge-

lengde og en lengde på ca. én bølgelengde. Den blir ved hjelp av en sentrisk boring 21, som strekker seg over hele lengden, skjøvet over den ytre leder 11 på koaksialledningen 2 og har tilsvarende utsparinger 22 for å motta dipolhalvdelene 15 og 16. Dens endeflate 23 som vender bort fra hovedreflektoren, er sammenskrudd med innsiden av en hjelpereflektor 19. Denne hjelpereflektor 19 befinner seg således ved enden av koaksialledningen 2 og tjener først og fremst til å avbøye også den

foroverrettede del av strålingen mot hovedreflektoren 1. Den mot hovedreflektoren 1 vendte endeflate 24 på det av dielektrisk materiale bestående legeme 18 har en for forbedringen av utstrålingen optimert kontur 25.

I egnet avstand fra dipolaksen i retningen mot hovedreflektoren er det på den ytre omkrets av det av dielektrisk materiale bestående legeme 18 anbragt en metallisk ring 20 med en bredde på omtrent 0,1-0,15 ganger arbeidsbølgelengden og med lav veggstyrke og som dertil har en særlig utformet randkontur 26. Denne metalliske ring 20 har slett ingen ledenae forbindelse med de metalliske deler av primærstrålersystemet. Ringen 20 og det av dielektrisk materiale bestående legeme 18 bevirker i kombinasjon en tydelig konsentrasjon av den utstrålte effekt om primærstrålersystemets lengdeakse og dermed også fra hovedreflektoren. Samtidig oppnås det en vidtgående tilpasning av strålingsdiagrammene i E- og H-planet. Den metalliske ring 20 virker i det forhåndsgitte frekvensområde som en passiv tilleggsstråler som likeledes blir eksitert av det utstrålte felt og på sin side sterkt påvirker totalfeltfordelingen samt direktiviteten. En viss analogi kan sees i ledeantennen for en dipolanordning. Avhengig av resonansforholdene til et slikt passivt element er dimensjoneringen og toleransekravet tilsvarende kritisk. Vesentlig i den forbindelse er diameteren som bestemmer den egentlige viktige elektriske størrelse, nemlig omkretsen av den metalliske ring 20. Denne omkrets ligger omtrent mellom 0,8-1,2 ganger den arbeidsbølgelengden. Ved en optimal gjensidig avstemning og kombinasjon med hensyn til dimensjoneringen og den relative stilling av de i og for seg sterkt frekvensbestemte enkeltelementer, lar det seg oppnå meget gode bredbåndsegenskaper med det beskrevne primærstrålersystem.

Den metalliske ring 20 må ikke være fremstilt som et separat element av platemateriale, men kan f.eks. realiseres i form av et pådampet metallisk eller ved et i filmtrykk frembragt sjikt ved hjelp av en egnet ledende lakk. Impedanstransformasjonen mellom bølgemotstanden til koaksialledningen 2 og den resulterende komplekse motstand til de i utstrålingsforløpet deltagende elementer lar seg oppnå ved en egnet avtrappet diametervariasjon av den innvendige leder 12 i nærheten av langsslissene 13, 14.

En liten, symmetrisk utført radiolinje-reflektorantenne med et primærstrålersystem i henhold til fig. 4, er vist sett fra siden på fig. 6. For belysning av åpningsflaten til en hovedreflektor 1 blir primærstrålersystemet 13 anordnet i brenn-punktet til hovedreflektoren 1. Koaksialledningen 2 tjener i den grad den er tilstrekkelig stabilt utført, til å feste primærstrålersystemet 3 eller er ført i et ekstra bærerør 15, til hvilket primærstrålersystemet 3 deretter er festet. Koaksialledningen 2 er ført gjennom en sentral åpning 4 i hoved-ref lektoren 1 og ender bak hovedreflektoren 1 i en tilkob-lingsplugg 7. For stabilt feste av koaksialledningen 2 tjener en festekon 6 som partielt omslutter koaksialledningen 2 resp. bærerøret 5. For å feste hele radiolinje-reflektorantennen på en mast 9 benyttes en holder 8 som er forsynt med et skrue-feste 10.

Claims (13)

1. Radiolinjeantenne med en paraboloidformet hovedreflektor (1), for hvis overflatebelysning det i dens brennpunkt er anordnet et primærstrålersystem (3) som mates over en med en hjelpereflektor (19) forsynt koaksialledning som er ført gjennom en sentral åpning (4) i hovedreflektoren og forsynt med to diametralt overfor hverandre liggende langsslisser (13,14), hver med en lengde på omtrent en halv arbeidsbølgelengde, i den ytre leder av koaksialledningen, på hvilken det loddrett på slissforbindelsesplanet er påsatt de to halvdeler av en dipolantenne, og hvor den ytre leder av koaksialledningen (11) er ensidig forbundet med den innvendige leder (12) ved en metallisk forbindelsesstift (17) som ligger i festeområdet for dipolen, karakterisert ved at den av kombinasjonen av de to slisser (13,14) og dipolhalvdelene (15,16) bestående strålende del av primærstrålersystemet (3) er fullstendig innesluttet i et av dielektrisk materiale med lav tapsfaktor bestående legeme (18) med lukket form og omkrets-dimensjoner i størrelsesorden av en arbeidsbølgelengde og en lengdeutstrekning på likeledes omtrent en arbeidsbølgelengde, og at det sett fra dipolaksen i retning mot hovedreflektoren (1) på den ytre omkrets av det av dielektrisk materiale bestående legeme (18) er anbragt en tynnvegget metallisk ring (20), uten at det has en ledende forbindelse mellom ringen på den ene side og de metalliske deler av primærstrålersystemet (3) på den annen side.

2. Radiolinjeantenne i henhold til krav 1, karakterisert ved at den metalliske ring (20) har en bredde på ca. 0,1 til 0,15 ganger den midlere bølge-lengde.

3. Radiolinjeantenne i henhold til krav 1, karakterisert ved at det i tillegg til den metalliske ring (20) dessuten er anbragt en eller flere i aksialretningen suksessive metalliske ringer på den ytre omkrets av det av dielektrisk materiale bestående legeme (18).

4. Radiolinjeantenne i henhold til et av de foregående krav, karakterisert ved at det av dielektrisk materiale bestående legeme (18) har en hovedsakelig sylindrisk form.

5. Radiolinjeantenne i henhold til et av kravene 1-3, karakterisert ved at det av dielektrisk materiale bestående legeme (18) har en hovedsakelig kvadratisk form.

6. Radiolinjeantenne i henhold til et av de foregående krav, karakterisert ved at det av dielektrisk materiale bestående legeme (18) har en sentrisk, over hele sin lengde gående boring (21) som er dimensjonert slik at det av dielektrisk materiale bestående legeme lar seg skyve over den ytre leder (11) av koaksialledningen (2), og at det av dielektrisk materiale bestående legeme er forsynt med utsparinger (22) for å motta to dipolhalvdeler (15,16).

7. Radiolinjeantenne i henhold til et av de foregående krav, karakterisert ved at den bort fra hoved-ref lektoren (1) vendte endeflate (23) på det av dielektrisk materiale bestående legeme (18) er sammenskrudd med innsiden av hjelpereflektoren (19).

8. Radiolinjeantenne i henhold til et av de foregående krav, karakterisert ved at den mot hovedreflektoren (1) vendte endeflate (24) har en med hensyn på utstrålingen optimert kontur (25).

9. Radiolinjeantenne i henhold til et av de foregående krav, karakterisert ved at den metalliske ring (20) på det av dielektrisk materiale bestående legeme har en særlig utformet randkontur (26), slik at det oppnås en vidtgående tilpasning av strålingsdiagrammene i E- og H-planet.

10. Radiolinjeantenne i henhold til et av de foregående krav, karakterisert ved at de sterkt frekvensbestemte enkeltelementer, nemlig særlig slissene (13,14), dipolhalvdelene (15,16), det av dielektrisk materiale bestående legeme (18) og den metalliske ring (20) med hensyn på deres dimensjonering og relative stilling er optimalt gjensidig avstemt og kombinert på en slik måte at primærstrålingen oppnår en meget god båndbreddekarakteristikk.

11. Radiolinjeantenne i henhold til et av de foregående krav, karakterisert ved at langsslissene (13,14) har en bredde på ca. 1/40 av arbeidsbølgelengden.

12. Radiolinjeantenne i henhold til et av de foregående krav, karakterisert ved at det for impedanstransformasjonen mellom bølgemotstanden til koaksialledningen (2) og den resulterende komplekse motstand for primærstrålersystemet (3) er anordnet en egnet, avtrappet diametervariasjon av den indre leder (12) av koaksialledningen (2) i nærheten av slissene (13,14).

13. Radiolinjantenne i henhold til et av de foregående krav, karakterisert ved at den på det av dielektrisk materiale bestående legeme (18) anbragte metalliske ring (20) resp. ringene består av et pådampet, metallisk sjikt eller f.eks. av et ved hjelp av silketrykk frembragt, egnet ledende lakksjikt.