Waveguide slot antenne.

Bilder.

Klassifikasjoner.

H & mdash; ELEKTRISK H01 & mdash; GRUNNLEGGENDE ELEKTRISKE ELEMENTER H01Q & mdash; AERIALS H01Q21 / 00 & mdash; Luftarrayer eller systemer H01Q21 / 0006 & mdash; Spesielle foringssystemer H01Q21 / 0037 & mdash; Spesielle foringssystemer line re bolgeledermatede matriser H01Q21 / 0043 & mdash; Slotted waveguides H01Q21 / 005 & mdash; Slotted waveguides arrayer.

Beskrivelse.

Platte spor-antenner er velkjente innen teknikken og omfatter generelt utstralende spalteapninger skaret i de brede vegger av flere sammenhengende bolgeledere eller bolgelederhulrom som danner apningen, og noen midler for a distribuere et radiofrekvenssignal pa en slik mate at det opphisser hver utstralende spor med riktig elektrisk felt for a produsere det onskede farfield-stralingsmonsteret. Ved overforing kobler et RF-signal fra inngangsbolgelederen til matebolgelederen via inngangsporet. RF-felter i bolgelederehullsparet til bolgelederet i sin tur til de utstralende bolgelederhulrommene gjennom skranende koblingsspor i sine fellesvegger.

Hakkede koblingsspor er serieelementer i en bolgelederoverforingsledning, og folgelig ma bolgelederen termineres i en kortslutning som forvandler tilbake til planet til den siste sporet som kortslutning eller liten reaksjon. Folgelig ma avstanden fra det siste koblingssporet til kortslutningen v re omtrent halvparten av en bolgelederbolgelengde og vil derfor strekke seg utover de onskede fysiske grenser for gruppen. For a lose dette problemet, brukes et tverrgaende koblingsspor for a koble til en annen bolgeleder, et tredje lag som termineres i kortslutning i riktig posisjon. Denne konfigurasjonen er vanligvis kjent som brettet kort.

Det skal bemerkes at de utstralende spor er shuntelementer i de utstralende bolgelederhulromene; Disse elementene ma derfor termineres av kortslutninger som forvandler seg tilbake til flyet til den siste bolgelederen som apne kretser. Siden kortslutningene da kan plasseres en fjerdedel av en bolgelengde fra de ytre mest utstralende slisser, behover grensene for arrayet ikke strekke seg utover den onskede dimensjon.

Fordi grensene til spaltarrangementet ikke strekker seg utover halvparten av en spalteavstand fra den siste eller perimeteren, sporene i arrayet, kan disse arraysene (eller delarrayene) v re ytterligere innstilt for a produsere en mye storre antenne. De individuelle delarrayene kan mates med mange metoder, inkludert bedriftsmating nettverk av bolgeleder eller stripline kraftdeler.

Det er to betydelige ulemper ved denne kjente teknikk. For det forste, det tredje laget av bolgeleder, oker antennens dybde med 50 prosent, en alvorlig ulempe i mange applikasjoner der rommet er begrenset, og oker kompleksiteten av fabrikasjonen. For det andre er minimumsstorrelsen pa gruppen begrenset; d.v.s. en rekke med fire utstralingsspor kan ikke bygges fordi den brettede korte vilje forstyrrer inngangsbolgelederen. Et fire spor-array eller fire spor-under-array med et storre array er av s rlig betydning fordi linjelengden fra inngangen til et hvilket som helst radiatorelement er det samme, og antennen er derfor hovedsakelig frekvens uavhengig av en forste rekkefolge. En annen ulempe ved de store underarrayer ifolge den kjente teknikk er at en viss brokdel av de utstralende spor er i n rheten av koblingssporene; Denne n rheten gir opphav til energikobling som ikke forutsettes ved en hvilken som helst praktisk forsteordringsmodusteori, noe som forer til feil i array-eksitering av de utstralende spor i n rheten av koblingsspalter i forhold til de andre ikke i n rheten. Disse feilene er spesielt skadelige nar arrays brukes som underarrayer i et storre array fordi feilene vil gjenta med periodiske intervaller som er lik sub-arrayavstanden og fore til signifikante falske gitterlober.

En annen ulempe ved den kjente teknikk er at all inngangseffekten til underarrayet ma passere gjennom den smale inngangsspalten. Den hoye elektriske feltintensiteten i sporet er derved en kilde til luftbrudd ved ionisering og begrenser kraftig krafthandteringsevnen til arrayet.

Det bor bemerkes at eksitasjonsfeilene som forer til de falske gitterflatene blir mer uttalt ettersom bolgelederenes hoyde er redusert. Redusert hoydebolgeleder reduserer ogsa krafthandteringsevnen til en matrise.

SAMMENDRAG AV OPPFINNELSEN.

Det generelle formal med oppfinnelsen er et arrangement av bolgelederkoblingsmekanismer i en tolagsstruktur som vil produsere noyaktig eksitering av de arrayutstralende sporelementene over en bred bandbredde, handtere hoy inngangseffekt og v re nyttig som et meget lite array eller sub -array av et storre utvalg.

Det er et formal med den foreliggende oppfinnelse a frembringe en bolgelederkoblingsmekanisme konstruert helt av bolgeledere i to sammenhengende lag som deler deres brede vegger, som kan fremstilles av bolgeleder med redusert hoyde for ytterligere a redusere tykkelsen av matrisen.

Et ytterligere formal er a frembringe en bolgelederkrets som ikke inneholder dielektriske materialer eller dissipative belastninger, og er derfor i stand til a oppna effektiviteten av staende bolge-arrays.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE.

FIG. 1 er et perspektivriss fra baksiden av oppfinnelsen;

FIG. 2 er et perspektivisk perspektiv fra forsiden av oppfinnelsen;

FIG. 3 er et perspektivisk perspektiv som viser en bolgelederinngang;

FIG. 4 er et perspektivisk perspektiv som viser en koaksial inngang;

FIG. 5 er et skjematisk snitt av oppfinnelsen som en kvadrantundergruppe av et storre array;

FIG. 6 er et kretsdiagram av oppfinnelsen;

FIG. 7 er et perspektivriss av et staende bolgearrangement ifolge kjent teknikk.

Med henvisning til fig. 1 og 2 er det vist en bolgelederkoblingsmekanisme 10. RF-effekt er koblet til anordningen gjennom inngangsbolgelederen 12 til foderbolgelederen 14. En felles vegg 15 eksisterer mellom det ovre laget som omfatter inngangsbolgelederen 12 og foderbolgelederen 14 og det nedre laget omfatter den stralende bolgeleder 16. Induktive iris 17 og 18 og en induktiv septum 20 brukes til a produsere impedanskamp av inngangsbolgelederen til matingsbolgelederen 14 over et bredt frekvensband. Kraft er koblet fra matvaglederen 14 til den stralende bolgeleder 16 gjennom to koplingsspalter 22 og 24 kuttet i sin felles vegg 15. Koblingsspalter 22 og 24 er parallelle med aksen til matebolgelederen 14 og er derfor et shuntelement i feed bolgelederen. En kortslutning 26 er derfor plassert i hver ende av foderbolgelederen 14, en fjerdedel av en bolgelederbolgelengde fra midten av det tilstotende spor 24.

Koblingssporet 24 er pa tvers av den stralende bolgeleder 16; derfor er det et serieelement i den stralende bolgeleder, dvs. det leverer antifasesignaler i begge retninger. Signalene utstrales av et flertall av langsgaende (shuntelement) utstralende spalter 28, 30 og 32 kuttet i det stralende bolgeleder-ansiktsarket 33.

Den utstralende bolgeleder 16 er delt inn i to tilstotende utstralende bolgelederhulrom dannet av en dividerer 34 i den stralende bolgeleder 16. De to spalter i hver bolgeleder er forskjovet i motsatte retninger fra den radierende bolgeleder-midterlinjen, slik at in-fase-straling utfores. Alternativt kan de utstralende spalter 28, 30 og 32 v re sentrert i den brede veggen av bolgelederhulrommene, i hvilket tilfelle indre elementer som iris eller stolper ma brukes til a spenne spalene pa passende mate.

Kortslutningene 35 og 36 er plassert i enden av hvert radiatorbolgelederhulrom og lignende kortslutninger er anordnet i de motsatte ender, ikke vist.

Oppfinnelsen kan brukes i forbindelse med forskjellige inngangsoverganger. Bolgeleder og koaksiale innganger er vist i fig. Henholdsvis 3 og 4. Bolgelederinngangen (figur 3) bestar av en flens 37, koblingsspalte eller bolgelederapning 38 og kortslutning 39. Koaksialinngangen, fig. 4, bestar av en koaksialkontakt 40, E-feltprobe 41 og kortslutning 42.

FIG. 5 illustrerer oppfinnelsen nar den brukes som en undergruppe av en storre antenne bestaende av 4 underavsnitt. De fire inngangene 44, 46, 48 og 50 kan kombineres med et stripline- eller bolgeleder-kraftdelernettverk eller en monopulskomparator for a danne en full antenne. Disse delarrayene kan gjentas som onsket for a danne et utvalg av hvilken som helst praktisk storrelse.

Den ekvivalente krets av den grunnleggende oppfinnelsen er vist pa fig. 6. Inngangsveiledningskrysset til foderbolgelederen er representert som et par transformatorer 52 og 54 koblet i shunt til en felles inngangsledning 56. Et shunt-susceptansjonselement 58 representerer total kryss-mottakelse. En viktig eiendom er vist her; nemlig at signalene koblet til hver side av inngangen er i fase, uavhengig av at transformatoren svinger forhold. En transmisjonslinje med elektrisk lengde 60 skiller inngangsovergangssenterlinjen fra det tilstotende koblingssporet som er representert ved en shunt-serie-transformator 62 og spaltreaktans 64. Matningsbolgelederen termineres i hver ende av en kortslutning 66, skilt fra tilstotende koblingsspalte ved en lengde av overforingsledning 68.

Innenfor den utstralende bolgeleder er den utstralende spalte representert ved et komplekst inngrep 70 skilt fra koplingssporet ved en lengde av overforingsledning 72 og fra kortslutningen 74 ved en lengde av overforingslinje 76.

Flere viktige egenskaper ved oppfinnelsen er illustrert av ekvivalentkretsen. Linjelengden fra inngangen til hvilken som helst utgang (utstralende spalte 70) er identisk (f.eks. 60, 68, 72, 76), derfor blir alle utstralende elementer drevet i fase for a danne en fokusert strale. Transformatorens relative verdier omdanner forholdene 52 og 54, og de utstralende sporinngangene 70 kan velges for a oppna hvilken som helst onsket stromfordeling til de utstralende elementer. Innspillingene til spaltelementet styres av offset for spalten fra bolgelederens midterlinje og spaltlengden. Transformatorforholdene styres av forskyvningen av inngangsbolgelederen fra matrisens midtlinje. Transformatorene 62 er shuntelementer i foderbolgelederen og de utstralende elementene 70 er shuntelementer i den stralende bolgeleder; kortslutningene 66 og 74 er derfor skilt fra deres tilstotende spalteelementer 62 og 70 ved en kvart bolgelengdeoverforingslinjer 68 og 76 for a danne apne kretser ved spalteelementene.

FIG. 5 viser et perspektivriss av en typisk kjent staende bolgeoppstilling eller undergruppe. Det er vist inngangsbolgelederen 78, inngangskoblingssporet 80 og foderbolgelederhulrommet 82 med sin brettede kort som innbefatter en tverrgaende koblingsspalte 84 og sekund r bolgeleder-seksjon 86. De skrastillede koblingsspalter 88 pariserer energi fra matebolgelederhulrommet 82 til utstralende hulrom 90 som inneholder shuntspalter 92 som utstraler energien pa onsket mate. De utstralende spalter 92 er shuntelementer slik at kortslutningsterminatene 94 i utstralende hulrom befinner seg en fjerdedel av en bolgelederbolgelengde fra de ytre mest utstralende spalter 92.

Oppfinnelsen har egenskapen at radiofrekvensbanelengden fra inngangen til et hvilket som helst utstralende sporelement er indentisk ved symmetri og som vil bli beskrevet. Oppfinnelsen er gjensidig, derfor gjelder denne og andre egenskaper likt for overforing og mottak.

Egenskapen til lik bane lengde forer til flere fordeler, hittil ukjent. For det forste er de relative excitasjonene til arrayelementene uavhengige av frekvens til en forste rekkefolge over bolgelederbandbredden. Dermed er stralingsmonsteret bahavior ogsa frekvens-uavhengig. For det andre er frekvensbandbredden over hvilken antennens inngangsimpedans samsvarer med generatoren, mye storre enn med tidligere kjente arrays. For det tredje er den oyeblikkelige bandbredden betydelig storre enn kjent arrays, og overforingsfasen til antennen er i det vesentlige line r med frekvens, hvilket forer til egenskapen at meget korte pulser eller bredbands signaler kan overfores eller mottas uten forvrengning.

En annen fordel ved oppfinnelsen er at den reduserer mengden n rfeltkobling mellom de utstralende spalter og koblingsspalter forarsaket av samspillet mellom hoyere rekkefolge (evanescerende) modi som er karakteristisk for tidligere kjente arrays.It gjor det ved eliminering av en Behov for tilboyelige (vinklede) slisser som (1) spenrer et storre antall evanescent moduser og (2) strekker seg innenfor den stralende bolgelederen i den grad at de overlapper de tilstotende stralingselementene. Videre, siden hvert utstralingselement er i identisk sammenstilling til koblingssporet, er enhver gjenv rende evanescent moduskobling den samme for alle utstralende elementer. Dermed blir stralingsmonsteradferansen bestemt ved relativ array-eksitasjoner ikke forringet av feil som oppstar fra evanescent moduskobling, og nar de brukes som en underarray i et storre utvalg, elimineres uonskede gitterlober.

Den like radiofrekvensbane lengden fra inngangen til hvert utstralende sporelement gjelder for oppfinnelsen i sin mest effektive elektriske konfigurasjon. Tolagsstrukturen begrenser ikke oppfinnelsen til fire utstralingselementer, men heller til to parallelle bolgelederhulrom som inneholder de utstralende elementer. De to parallelle bolgelederhulene kan hver inneholde mer enn to stralingselementer, og tallet i hvert hulrom trenger ikke a v re lik. I en slik konfigurasjon er det eneste aspektet av oppfinnelsen som ikke gjelder den som gjelder lik bane lengde. I mange applikasjoner vil denne noe mindre effektive elektriske konfigurasjonen gi tilstrekkelig ytelse, men opprettholde den fordelaktige tolagsstrukturen.

En annen fordel er at oppfinnelsen vil handtere mer RF-effekt enn tidligere kjente arrays. Inngangsbolgelederen er koblet til matvaglederen ved en stor apning i den smale veggen av foderbolgelederen. Folgelig er den maksimale elektriske feltintensiteten i arrayet vesentlig redusert i forhold til den kjente teknikken hvor all kraft gar gjennom en enkelt smal spalte. Nar oppfinnelsen anvendes som en undergruppe av en storre antenne, representerer den en mindre del av apningen, sammenlignet med kjent teknikk, siden den inneholder f rre stralingselementer. Dette inneb rer at oppfinnelsen vil ha et lavere effektniva ved inngangen, siden kraften til hver undergruppe er generelt proporsjonal med antallet utstralingsspor inneholdt deri. Dermed kan en gitt storrelse apning bli utnyttet pa et hoyere effektniva nar den grunnleggende oppfinnelsen er underarrangementsenheten.

Inngangen til arrayet kan v re bolgeleder, koaksial, stripline eller en hvilken som helst annen egnet overforingslinje. Bolgelederinngang og koaksialinngang som vist i fig. 2a og 2b kan passe helt inn i dybden av tolagsstrukturen, eller som det er mer vanlig, kan komme fra baksiden av arrayet, slik som koaksialinngangen pa fig. 2b. Antennen kan tilpasses til en 50 ohm inngangsimpedans eller andre passende impedanser kan oppnas.

Nar det brukes i forbindelse med et egnet matningssystem, kan oppfinnelsen anvendes som en undergruppe av et storre utvalg. Underarrayene kan plasseres sammenhengende pa en slik mate at det ikke er noen hull mellom dem og det er en kontinuerlig gitteravstand mellom sporene. Pa denne maten reduseres stralingsmonsterforringelse og gitterlover forarsaket av et avbrutt elementavstand. Denne egenskapen ifolge oppfinnelsen er muliggjort fordi stralings- og koblingsspalter er shuntelementer i deres respektive bolgeledere, og bolgelederne kan derfor termineres av en kortslutning som er en fjerdedel av en styringsbolgelengde (eller tilsvarende halvparten av en spalteavstand) fra n rmeste spor.

Hvis RF-systemet som brukes til a mate de individuelle delarrayene, bestar av likevektslengder fra inngangen til hver utgang (eller subarray-inngang), gjelder fordelene angitt med hensyn til bandbredden til den grunnleggende oppfinnelsen fortsatt for den totale antennen. Blant de typer feeds som faller i denne kategorien, er bedriftens feeder, serier og feeds. Forene kan v re rektangul re, parallellplate eller annen bolgeleder; stripline, koaksial eller andre TEM overforingslinjer; og kan kobles til delarrayene ved hjelp av noen av de tidligere beskrevne midler.

En ytterligere fordel ved denne oppfinnelsen er at den relative eksitasjonsamplituden til slisser i arrayet kan styres gjennom et riktig utvalg av visse parametre mens den opprettholder like fase. Pa denne maten kan antennens stralingsmonster styres; Nar matrisen brukes som en undergruppe av et storre utvalg, kan feltfordelingen tvers over apningen v re tilspidset for a produsere lave sidelober eller formede sektorbjelker. Ved a forskyve inngangsbolgelederen fra midtlinjen til arrayet eller underarmen, blir mer energi levert til koblingssporet pa siden mot hvilken inngangsbolgelederen er forskjovet. Et unikt trekk ved designen er at like eksitasjonsfase opprettholdes for et stort spekter av kraftdeler. Etter at energien har koblet seg til de stralende bolgeledere, fordeles den til hvert spor i en stralende bolgeleder i overensstemmelse med deres relative konduktans, nemlig P2 / P1 = G2 / G1. Igjen holdes lik fase, forutsatt at sporene er laget for a v re resonans (B = O) ved samme frekvens.

Etter a ha beskrevet oppfinnelsen er det onskelig at det bare er begrenset av omfanget av de vedlagte krav.