Slot array antenne design

Foreliggende oppfinnelse vedrorer planar-antenner, og s rlig til de platte bolgeleder-planar-arrayantenner.

Utforelsen av plane arrays som omfatter langsgaende (shunt) spor radiatorer i den brede veggen av konvensjonelle rektangul re bolgeledere har en rekke begrensninger: Skanningsomradet i planet vinkelrett pa bolgeledereaksen (E-plan) er begrenset pa grunn av den relativt store bredden av bolgelederen som oversetter til et bredt inter-elementavstand i dette planet. Dette brede avstandet hindrer ogsa sidelobekontrollen. Formalet med sidelobe-kontrollen hadde best v rt betjent av et arrangement av kolonner av kollin re spor med smalt mellomrom mellom kolonnene; Dette arrangementet er imidlertid ikke mulig i konvensjonelle rektangul re bolgeledere fordi langsgaende slisser ma v re anordnet i forskjovet konfigurasjon. Videre er polarisasjon begrenset til planet vinkelrett pa bolgelederaksen.

Transversale (serie) spor, derimot, mens potensielt gir ortogonal polarisasjon, blir ikke brukt i konvensjonelle arays pa grunn av vanskeligheten forbundet med deres innlemmelse i en seriell bolgeleder-array.

Den riflede bolgelederen kan ha en mye smalere tverrsnitt enn den rektangul re bolgeleder og som sadan holder den lofte om a konstruere spaltearrayer med smalere mellomelementavstand i E-planet, og derved gi en losning pa skanne- og sidelobe begrensninger av konvensjonelle rektangul re bolgeledere. Imidlertid er symmetriske ridge waveguides begrenset i omradet over hvilke langsgaende slisser kan kuttes; Derfor er det dynamiske omradet begrenset. I tillegg er polarisasjonen fortsatt begrenset til E-flyet.

Ideen om asymmetriske ridge waveguides er beskrevet i H. Shnitkin og J. Green, «Asymmetric Ridge Waveguide Collinear Slot Array Antenna», U.S. Pat. 4,638,323, 20 januar 1987 og papiret J. Green, B. Shnitkin og Paul J. Bertalan, «Asymmetrisk Ridge Waveguide Radiating Element for Scanned Planar Array», IEEE Trans. pa antenner og forplantning vol. 38, nr. 8. s. 1161-1165, august 1990. For a oke slissens dynamiske omrade er ryggen konstruert pa en asymmetrisk mate, og derved tillater et bredere omrade pa en av dets sider for a plassere langsgaende slisser, men inkluderer alternerende sidekamre pa motsatte sider av asen som veksler mellom hoyt og lavt niva. Longitudinal slots mates ut av fase hver halvveis bolgeleder bolgelengde ( g); derfor ma de plasseres pa motsatte sider av de brede vegger av konvensjonelle eller symmetriske ridge waveguides.

I arrayantennen beskrevet i US-patentskrift nr. Nr. 4 638 313, blir ryggsymmetri oppnadd ved a inkludere sidekamre pa hoye og lave nivaer pa motsatte sider av ryggen. Ovennevnte patent og publikasjonen relatert til dette, beskriver ogsa ideen om a tilveiebringe en meanderende as for a produsere assymmetri. Imidlertid er konstruksjonene beskrevet i patentet og publikasjonen vanskelig a konstruere mekanisk; Dessuten kan de generere hoye rekkefolge ved boyning av ryggene.

Slissede bolgeleder-arrayantenner av denne typen er ogsa beskrevet i US-patent nr. Nr. 3,189,908, 4,658,261, 4,873,528, 3,193,830, 3,183,511, 4,513,291, 4,821,044, 4,554,550 og 4,554,551.

OBJEKT OG KORT SAMMENDRAG AV OPPFINNELSEN.

Et formal med den foreliggende oppfinnelse er a tilveiebringe en slisset bolgeleder-array-antenne av en ny konstruksjon som har fordeler over de tidligere kjente antenner som vil bli beskrevet n rmere nedenfor.

Ifolge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en slisset bolgeleder-array-antenne som omfatter et antall bolgelederelementer som strekker seg i et parallelt side ved side-forhold, idet hvert bolgelederelement har en langsgaende akse, en utstralende side innbefattende en bred vegg formet med flere av spor, en ikke-utstralende side motsatt den utstralende siden, og en enkelt asymmetrisk kam i den ikke-utstralende side; karakterisert ved at den enkelt asymmetriske asen er en rett kontinuerlig as som strekker seg parallelt med, lateralt og asymmetrisk med hensyn til bolgelederelementets lengdeakse. En slik asymmetrisk asekonstruksjon har fordeler i forhold til den slyngende kamkonstruksjon som er beskrevet i den ovenfor angitte US-patentskrift nr. 4,638,323, i det mekaniske er det enklere a konstruere, og elektrisk unngar det generering av hoyordemodus ved boyningene av kantene.

I henhold til ytterligere trekk ved de beskrevne foretrukne utforelsesformer av oppfinnelsen, er antennen ytterligere kjennetegnet ved at sporene er skrastilt til antennens lengdeakse i vekslende retninger og er plassert i mellomrom g / 2 fra hverandre for a kompensere fase reversering mellom hvert par av tilstotende slots.

I en beskrevet utforelsesform er sporene i hvert bolgelederelement skra i vekslende retninger. I denne beskrevne utforelsesform innbefatter antennen midler for a mate de skra slissene pa steder hvor asen traverser sporet for a gi kontroll over spaltimpedansen og mengden stromforbruk inn i hvert spor for derved a frembringe et hoydynamisk omrade av spilleautomater.

En andre utforelsesform er beskrevet hvor flerheten av bolgelederelementer er anordnet i par, hvor sporene til ett bolgelederelement i hvert par er skrastilt parallelt med hverandre og til aksen til det respektive bolgelederelement, og sporene til det andre bolgelederelementet i hvert par er ogsa skra parallelle med hverandre og til aksen til det respektive bolgelederelement, men i motsatt retning til den for det ene bolgelederelementet i det respektive par. I denne beskrevne utforelse omfatter antennen: et forste kraftnett for a mate det ene bolgelederelement av alle parene; et andre stromnett for a mate det andre bolgelederelementet av alle parene; og et faseskiftende nettverk mellom det forste og andre kraftnett. Arrangementet er slik at:

(a) nar de to bolgeledere av hvert par er i fase, genereres line r polarisasjon vinkelrett pa bolgelederaksen; (b) nar de to bolgeledere av hvert par er ute av fase, genereres ortogonal line r polarisasjon; og (c) nar bolgeledere blir matet i fasekvadratur, genereres sirkul r polarisasjon.

Ytterligere trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremga av beskrivelsen nedenfor.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE.

Oppfinnelsen er her beskrevet, kun som eksempel, med henvisning til de vedfoyde tegninger, hvor:

FIG. 1 viser skjematisk en del av ett bolgelederelement som kan benyttes ved konstruksjon av en slisset bolgeleder-array-antenne i samsvar med foreliggende oppfinnelse;

FIG. 2 er et toppriss av fig. 1;

FIG. 3 illustrerer en slisset bolgeleder-array-antenne innbefattende et flertall av bolgelederelementene i fig. 1 og 2;

FIG. 4 illustrerer et par bolgelederelementer i en annen form av slisset bolgeleder-array-antenne konstruert i samsvar med foreliggende oppfinnelse;

FIG. 5 er en endevy av bolgelederelementene i fig. 4;

og fig. 6 illustrerer en slisset bolgeleder-array-antenne innbefattende et antall par av bolgelederelementer i henhold til fig. 4 og 5.

BESKRIVELSE AV FORETRUKNE UTFORELSESFORMER.

Oppfinnelsen vil bedre forstas ved referanse forst til delen av bolgelederelementet som er illustrert i fig. 1 og 2, og generelt betegnet 2 som kan benyttes ved konstruksjon av en skra bolgeleder-array-antenne i samsvar med foreliggende oppfinnelse.

Den del av bolgelederelementet 2 som er vist pa fig. 1 og 2 har en utstralende side innbefattende en bred vegg 4 dannet med flere spor 6a, 6b og en ikke-utstralende side motsatt den utstralende side av den brede veggen 4 og formet med en enkelt as 8 som er asymmetrisk til bolgelederelementets lengdeakse 10. Som klart sett i fig. 1 og 2 er den asymmetriske asen 8 en kontinuerlig as som strekker seg parallelt med og lateralt av lengdeaksen 10; slissene 6a, 6b er ogsa skrastilt til bolgelederelementets 2 langsgaende akse i vekslende retninger. De er fordelt g / 2 fra hverandre. De vekslende retningene kompenserer faseversjonen mellom noen to tilstotende spor.

Sporene mates pa de stedene hvor asen 8 traverserer den respektive spalte, som vist ved punktene 12a og 12b for henholdsvis spalter 6a, 6b. Pa denne maten kan resonanslisser kuttes i den brede veggen 4 av ryggen bolgelederen, som er smalere enn den brede veggen av en rektangul r bolgeleder, og som derfor ikke inntar transversale slisser.

Polarisasjonen i konstruksjonen illustrert i fig. 1 og 2 er vinkelrett pa bolgelederaksen, ligner langsgaende spor. Imidlertid kan bedre kontroll oppnas av spaltimpedansen og mengden strom som tilfores hver spalte ved a velge dette spenningspunktet, hvilket resulterer i et hoyt dynamisk spekter av spalene.

FIG. 3 illustrerer en slisset bolgeleder-array-antenne innbefattende et flertall av bolgelederelementene 2 pa fig. 1 og 2. Avstand mellom tilstotende bolgeledere i antennen pa fig. 3 er mindre enn i den konvensjonelle rektangul re bolgelederantenne, og derved letter bredere skanneomrade og nedre sidelober, spesielt i de mellomkardinale planene.

FIG. 4 illustrerer et par bolgelederelementer for bruk i en omkoblingsbar flerpolarisasjonsarrayantenn konstruert i samsvar med foreliggende oppfinnelse.

Paret av bolgelederelementer illustrert i fig. 4 er generelt betegnet 20a, 20b. Hver innbefatter et antall spalter 26a, 26b dannet i den brede veggen av stralingssiden av bolgelederelementet. I dette tilfelle strekker imidlertid spalter 26a, 26b i n rliggende bolgelederelementer i motsatte retninger. Slissene i hvert element er anbrakt i tverrsnitt X, slik at avstanden mellom slissene i tilstotende elementer er g / 2, og derved gir in-fase-eksitering. Hvert par av slike bolgeledere danner saledes et enkelt antenneelement «hvis bredde er mindre enn en bolgelengde og er saledes egnet for begrenset skanning i planet vinkelrett pa bolgelederaksen.

FIG. 6 illustrerer et flertall av par av slike bolgelederelementer anordnet i parallell forbindelse for a frembringe en omkoblingsbar flerpolarisasjonsarrayantenn, generelt betegnet 30. Hvert par omfatter saledes de to elementene 20a, 20b. Det vil sees at alle bolgelederelementene 20a, som utgjor ett element i hvert par, er forbundet med kraftdelingsnettverket 32, og at alle elementene 20b, som utgjor de andre elementene i bolgelederparene, er forbundet med et separat kraftdelingsnettverk 34 via et faseskiftnettverk 36.

Arrangementet som er vist pa fig. 6 gjor at polariseringen av antennen kan styres. Nar gruppen av bolgelederelementer 20a blir aktivert i fase med gruppen av bolgelederelementer 20b, er polariseringen saledes line r og vinkelrett pa bolgelederaksen. Nar energien til de to gruppene av bolgeledere er ute av fase, genereres ortogonal line r polarisasjon; og nar energien til de to gruppene er i fasekvadratur, genereres sirkul r polarisasjon. Pa denne maten kan faseskiftningsnettverket 36 brukes til a styre polariseringen av antennen for a muliggjore at den blir skiftet dynamisk fra en polarisasjon til en annen.

Folgende er et eksempel pa dimensjoner i millimeter for en antenne som opererer i C-bandet: bredden (W) til hvert bolgelederelement 20a, 20b er 2,80 mm; bredden (w) av hvert spor 26a, 26b er 1,60 mm; lengden (1) av hvert spor 26a, 26b er 20,75 mm; g / 2 er 21,40 mm; Avstanden (S) mellom de utstralende og ikke-radierende sidene til antennen er 8,0 mm; og avstanden mellom toppen av asen og den ikke-utstralende siden av antennen er 5,5 mm.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet med hensyn til to foretrukne utforelsesformer, vil det forstas at disse fremgar bare for eksempel, og at mange andre variasjoner, modifikasjoner og anvendelser av oppfinnelsen kan fremstilles.