Slot array antenne ved hjelp av foldede bolgeledere

Slot array antenne ved hjelp av foldede bolgeledere h1>

Denne soknaden er en videreforing av soknaden Ser. 06 / 736,009, innlevert 20. mai 1985, na forlatt.

Foreliggende oppfinnelse angar slisset arrayantenner og mer spesielt til en to-ende-resonans-slitsarray-matning for en resonans-slisset bolgeleder-planant arrayantenn.

Tidligere slotted array antenner har blitt matet av single end feed-mekanismer. Nar en bolgeleder-seksjon er matet i en ende, setter en bolgeleder kort i motsatt ende opp en staende bolge i bolgelederen. Shunt- eller seriens spaltelementer er plassert ved passende punkter pa staende bolgemonster (henholdsvis spenning eller nav rende topper) for a forarsake straling med riktig amplitude og fase. Over et band av frekvenser varierer det staende bolgemonsteret i bolgelederen i forhold til plasseringen av sporene, forarsaker feil i spalte-amplituder og -faser. Storrelsen pa disse feilene oker i et direkte forhold til frekvensavviket fra design senterfrekvensen. Storrelsen pa feilene oker ogsa med lengden pa bolgelederen, og dermed antall spor. For bolgeledere som har fire eller flere spalter, er den anvendbare bandbredden til en enkeltendestrom i storrelsesorden � 1 prosent.

For a forbedre bandbredden i forhold til en enkelt sluttmating, har E-plan og H-plan tee-strommer blitt brukt. E-fly-tee-strommen er i hovedsak to toendede strommer forbundet med deres respektive matningspunkter ved en E-plan bolgeleder-tee; forbedring er forarsaket av a redusere lengden (og antall slisser) som er forbundet med hver av de to enkle endeforene. Problemet med E-planetmatningen er at for a opprettholde like sporavstand, ma ett spor ligge direkte under E-planet-tee. Pa grunn av gjensidig kopling til E-flyet, har denne sporet en variasjon i fase og amplitude over frekvensbandet som avviker vesentlig fra de andre sporene i arrayet. Dette vesentlig forskjellige settet av fase / amplitudfeil for sporet under E-planetmatningen kompenserer i stor grad eventuelle bandbreddefordeler som ellers ville ha blitt oppnadd ved bruk av E-planet-tee.

Ved a erstatte et H-plan (shunt) tee for E-planet (serie) te, kan matingspunktet for sporvaglederen v re plassert halvveis mellom to spor i stedet for direkte over sporene. Ikke desto mindre, fordi H-planetmatningen ma v re omtrent en halv bolgelengde bred (for a unnga bolgeleder-cutoff-effekter), forbinder foret de to tilstotende sporene, for a gi i det vesentlige de samme bandbreddebegrensningene som E-planetmatningen.

For en stor antenne er bandbredden typisk begrenset til mindre enn 2,5% ved a bruke en av metodene ovenfor pa grunn av behovet for a holde manifoldets kompleksitet innenfor rimelige grenser. Bade amplitude og fase av blenderapningen begynner a bli betydelig nedbrytet ved + 1% av senterfrekvensen. Enkeltmottakeren for resonansvagledere er beskrevet i en rekke tekster pa antenner. For mer detaljert informasjon om enkeltgjennomforinger, kan det henvises til Johnson og Jasiks «Antenne Engineering Handbook», andre utgave, 1984 og 1961, kapittel 9.

SAMMENDRAG AV OPPFINNELSEN.

Folgelig er det et formal med denne oppfinnelsen a tilveiebringe en slisset antenne som har vesentlig okt frekvensbandbredde.

Et annet formal med oppfinnelsen er a tilveiebringe en dobbeltendemating for a forbedre bandbreddeytelsen til spaltarrangementet over det som er oppnadd ved bruk av en enkeltendetilforsel.

Enda et annet formal med oppfinnelsen er a forbedre amplituden og fasenes noyaktighet av blendapningen av spaltarantennen.

Kort angitt omfatter oppfinnelsen en to-ende resonansspor-array-matingsmatrise som er anvendelig for enten en seriespaltmating eller inneholder enten shunt- eller seriespalter med avstand halvveis styrebolgelengde blir matet eller spennet fra begge ender.

Andre formal og trekk ved oppfinnelsen vil bli tydeligere fra den folgende detaljerte beskrivelse nar de leses i forbindelse med de vedfoyde tegninger hvor:

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE.

Fig. 1a og 1b er kjente realisasjoner av slissede bolgelederantenner;

Fig. 2a og 2b er utsikt over en to-enersserie-spaltforing ifolge foreliggende oppfinnelse ved bruk av henholdsvis et E-plan tee-mat og H-plan tee-matning;

Fig. 3a og 3b er henholdsvis et sideriss av E-plan-bolgelederboyningen og et toppriss av det samsvarende H-plan-teeforbindelsen;

Fig. 4a og 4b er henholdsvis diagrammer av stralingsstrom-amplitudedistribusjonen for en 8-spor bolgeleder-seksjon ved anvendelse av oppfinnelsen og av stralingsstromfasedistribusjonen for en 8-spor bolgeleder-seksjon ved anvendelse av oppfinnelsen; og.

Fig. 5a og 5b er henholdsvis diagrammer av malt utgangsspenningsamplitude for amplitude og sperreutgangsspenningsfase (grader) sammenlignet med spalte 3 i en 5-sporsammenstilling.

FIG. 6 er en visning som viser kombinasjonen av to sperre med to slutt serie-spor.

DETALJERT BESKRIVELSE AV UTFORELSENE.

En form for et tidligere kjent bolgeledermatingssystem for seriespalter er vist pa fig. 1a. Hver av seriestikkbolgeledere 24 er matet i en ende av en matemekanisme 18. En bolgelederkortsvegg 23 i den motsatte enden av bolgelederen oppretter den staende bolge som er nodvendig for riktig eksitering av seriespalter. I visse applikasjoner kan variabelfaseskifter 22 bli tilsatt for a elektronisk skanne antennens stralingsmonster.

I en annen form av den kjente teknikk mates serierespaltene som vist pa fig. 1b. Her deler en E-plan-bolgeleder-tee 100 mellom RF-energi mellom to serier-spaltebolgeledere 102 og 104 gjennom E-plan tees 114 og 116. Bolgeleder shorts 106 ved de ytre ender av bolgeledere 102 og 104 stiller opp passende staende bolger, slik at serierespor 108, 110, 112, etc., kobler energi til antennens forside. For en skikkelig staende bolge, ma bolgelederkortet 106 v re en halv bolgelengde fra sluttluken i bolgelederen, som vist.

Lignende g / 2 bolgeleder shorts er nodvendig i motsatte ender av begge bolgeledere 102 og 104, men bare en fjerdedel bolgelengde av plass er tilgjengelig for hver av disse shortsene (siden en konstant serie spaltavstand av A g / 2 er palagt av array grid) g er bolgelengden i bolgelederen ved driftsfrekvensen. Derfor har tidligere kendte antenner anvendt en foldet bolgeleder kort 118 hvor en 180 graders E-planboyning brukes til a oppna den nodvendige avstanden Ag / 2 mellom kortvegg 120 og den siste spalten. Slike brettede shorts er bare en tiln rming til en ekte bolgeleder kortslutning; foldede kortslutninger begrenser array frekvensbandbredden, og introduserer mange fabrikasjons- og monteringsproblemer for antennen.

Slissene 110 og 112, som er plassert direkte under E-planet-teene 114 og 116, utviser direkte koblingseffekter til tee, noe som resulterer i fase- og amplitudfeil for disse sporene. Disse sporene blir dermed et annet bandbreddebegrensende element i antennen.

Med henvisning til fig. 2a og 2b, omfatter den dobbelte ende-serieutlopsinnmatning 26 et teeforbindelse som kan v re enten et E-plan-teeforbindelse 28 (figur 2a) eller et H-plan-teeforbindelse 30 (figur 2b), to bolgeleder-seksjoner 32 og 34 og to E-plan bolgelederboyninger 36 og 38. De to bolgelederseksjonene 32 og 34 og E-planboyningene er dannet av en skillevegg 40. Skillevegget 40 er plassert over bolgeleder 42 for a skille alle (n) slisser 44 fra T-krysset. De to E-plan-bolgelederboyningene 36 og 38 er dannet av rommet mellom endene 46 og 48 i skillevegget 40 og endene av bolgelederen 42, som mellomrom sammenkobler de to bolgelederseksjonene 32 og 34. Tykkelsen av skillevegget 40 er mye mindre enn bolgelengden for a minimere antennens tykkelse. Den totale lengden pa bolgelederlokken er omtrent lik n g, hvor n er antall spor. Serieresistorene til sporene 44 er valgt for a presentere en impedans som er tilpasset til inngangsbolgelederen 50.

Det vil bli forstatt fra den foregaende beskrivelse at en typisk utforming av den to-en-en-slotsporingsmatemat er basert pa folgende regler:

1. H-flyet eller E-flyet-tee er skilt fra slissene av en septum. E-flyet-teen (figur 2a) er plassert pa toppen av en seriespor mens H-planet-teen er plassert i midten mellom to serierespor (figur 2b).

2. Summen av de normaliserte resonanssporresistansene for alle n-seriespor i en enhet er lik 2.

3. Bolgeledersloyfelengden er omtrent lik n g.

4. Mellom to arrays av n 1 og n 2-serien slots hvor n 1> n 2 en bolgelederlengde som er lik (n 1 -n 2) A g / 2 kreves for a v re koblet til teeforbindelsesinngangen til arrayet med n 2 spor.

5. H-plan eller E-plan-t-krysset skal ikke kompenseres med mer enn � 0,01% g.

Den forbedrede ytelsen til den dobbelte sluttmaten er demonstrert ved teoretisk analyse av en bolgeleder med 8 serierespor ved hjelp av ideell H-plan teeforbindelse og E-plan bolgelederboyninger. Slots er identiske og deres normaliserte motstander er lik 0,25. Stromstromfordelingen i forhold til den ideelle strom er vist i fig. 4a og 4b, og beregnes for � 1,8% av senterfrekvensen. Settet av symmetriske kurver beregnes for teeforbindelsen ved senteret mens de usymmetriske resultatene beregnes for teeforbindelsen ved en halv foringsbolgelengde utenfor senteret. Det skal bemerkes at stralingsstrom-amplituden og fasevariasjonene bare er henholdsvis 0,16 dB og 9,5 grader for den symmetriske stromningen over en 3,6% bandbredde. Disse variasjonene i stralingsstromfordeling oker til 0,44 dB og 13 grader nar teeforbindelsen blir kompensert av A g / 2.

En sammenligning av teoretiske forestillinger for enden og de to endene for 8-sporet er vist i tabell 1. Disse resultatene beregnes for 3,6% bandbredde. Tydeligvis gir dual-end-strommen en forbedring i bandbreddeytelsen sammenlignet med enkeltendematen.

En sperre med to ende-serie-spor ble fremstilt ved bruk av E-plan-bolgelederboyningen pa fig. 3a og H-plan teeforbindelsen i fig. 3b. En 16,5 GHz senterfrekvens bolgelederseksjon med 5 ulige spor ble benyttet. Dimensjonene til bolgelederen 42 (figur 3a) var 0,496 «med 0,155». For E-plan-bolgelederboyningen var tykkelsen (t) av septumet 40 0,032 «, og rommet» W «var 0,177». For H-plan teeforbindelsen (figur 3b) var inngangen 50 0,496 «bred, med en stemmestub 52 som er 0,025» hoy og har en 0,138 «diameter plassert 0,637» fra enden av bolgelederdelen 32. Bolgeleder 32 har en bredde pa 0,496 «og en T-formet samsvarende skovle 54 sentrert med hensyn til inngangen 50. T har en lengde pa 0,222» og en tykkelse pa 0,030 «. Test viste at VSWR av E-plan bolgelederen boyer er mindre at 1,10 over en 6% bandbredde, og inngangen VSWR pa H-plan-teeforbindelsen er mindre enn 1,18 over samme bandbredde.

Den malte utgangsspenningsamplituden og fasen fra sporene er vist i fig. 5a og 5b. Sperreutgangsspenningene males fra et sett med identiske bolgeledere hvor RF-effekten er koblet gjennom seriestikkene.

Det vil bli notert fra fig. 5a at de malte spennings amplituder er konsekvent jevnt fordelt over en bred bandbredde. Lengden pa spor 2 er litt for kort (pa grunn av fabrikasjonsfeil) slik at amplituden faller av ved lavfrekvensen. Fase-plottet (figur 5b) ble oppnadd ved normalisering til fasen til spalte 3, dvs. fasen av spalten 3 = 0. Alle faser sporer veldig bra med unntak av sporet 1. Imidlertid er den storste uoverensstemmelsen (ved 16,0 GHz) over 6% bandbredde bare 17 grader.

To toveis-spormatningsforer 42 (figur 6) som har forskjellig antall spor 44 i deres arrays av sporene n1 og n2 (hvor n1> n2) kan ha deres teeforbindelser 150 forbundet med bolgeleddeseksjonene 56 og 58. Bolgelederseksjoner 56 og 58 er forbundet med en kraftdeler 60 av manifold 18. Mellom de to arrays av n1- og n2-seriesporene hvor n1> n2 er en bolgelederlengde som er lik (n1-n2) Ag / 2 nodvendig for a v re koblet til teeforbindelsen inngang av arrayet med n2-spor.

Selv om bare en enkelt utforelsesform av oppfinnelsen er blitt beskrevet, vil det v re apenbart for en fagmann pa omradet at forskjellige modifikasjoner av detaljene for konstruksjonen vist og beskrevet kan gjores uten a avvike fra omfanget av denne oppfinnelsen. For eksempel, mens de fleste av beskrivelsene har adressert tilforingen av seriespaltelementer i den brede veggen av en rektangul r bolgeleder, er fremgangsmaten like anvendelig for bade shunt- og serieautomater i bolgeledere av vilkarlig tverrsnitt.

Det vil ogsa forstas av fagfolk at denne antennen vil operere gjensidigt og ha de samme karakteristikker enten overforing eller mottak, til tross for at antennen har blitt beskrevet ovenfor hovedsakelig som en senderantenn.