SE529038C2 - Bredbandig förlustfri dipolantenn - Google Patents

Description

20 25 30 35 2 utformning som framgår av det efterföljande självständiga patentkravet. Övriga patentkrav anger fördelaktiga utföringsforrner av uppfinningen.

Llppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare under hänvisning till bifogade ritning, där fig. 1 visar ett exempel på en konventionell dipolantenn med central matningspunkt M, fig. 2 visar ett antennvinstdiagram för antennen ifig. 1, fig. 3 visar en principiell skiss över en antenn enligt uppfinningen, fig. 4 visar ett antennvinstdiagram för antennen i fig. 3, fig. 5 visar en icke skalenlig skiss över en utföringsform av en antenn enligt uppfinningen och fig. 6 visar en förstoring av delar av antennen i fig. 5, speciellt runt tvà slitsari antennen.

Det grundläggande vid uppfinningen är att man matar antennen i tvà symmetriskt belägna punkter M1 och M2 belägna på visst bestämt avstånd fràn varandra, se figur 3. Antennens längd L, liksom avståndet d mellan matningspunkterna skall enligt uppfinningen vardera stå i ett visst förhållande till den kortaste våglängd 11min som antennen är avsedd för. Antennen är bredbandig och för en viss antennlängd L kan man beräkna den längsta våglängd AW för vilken antennen lämpar sig. l den närmare redogörelsen nedan utvecklas detta.

Genom att mata antennen i två punkter enligt uppfinningen motverkas de strömmar på antennen som ger upphov till lobklyvningen. lnga förluster förekommer för antennen. Figur 4 visar ett antennvinstdiagram för en antenn enligt figur 3.

Diagrammet visar att det inte uppkommer någon lobklyvning för antennen inom det önskade frekvensområdet. Eftersom det inte finns några laster är verkningsgraden för antennen 100 % (om metallstrukturen approximeras som perfekt ledande).

Den nya dipolantennen kännetecknas av att den bibehåller tillräcklig lobbredd över ett brett frekvensband. Tillräcklig lobbredd definieras som att antennvinsten skall överstiga -1 dB inom 90” i 30°, dvs. mellan 60° och 120° i figur 3, samtidigt som antennvinsten vinkelrätt ut från antennen (i maxriktningen) skall överstiga 2 dB över väsentligen hela frekvensbandet. Bandbredden kan uttryckas dimensionslöst genom 10 15 20 25 30 3 att man relaterar våglängden »t till antennens längd L. En traditionell centrummatad dipol uppfyller ovanstående krav upp till frekvenser vars våglängd ¿,,,,-,, är lika med antennlängden L, dvs. L / Åmm = 1,0.

En antenn enligt uppfinningen uppfyller kraven för frekvenser vars våglängd lm", är L /,t,,,,-,, = 1,35, vilket är ett stort framsteg. Samtidigt kan antennen klara våglängder upp till L lim, ~ 0,3, utan att utstràlningsresistansen blir för låg och med en antenn- vinst i huvudloben över 2 dB. Detta medför att förhållandet mellan antennlängd och våglängd kan variera mellan L I A = 0.3 - 1.35.

Detta uppnås med den dubbelmatade dipolen om avståndet d mellan matnings- punkterna uppfyller villkoret dl »tm = 0,50 i 0,03, där 11mm är våglängden vid den högsta frekvensen i bandet. Dubbelmatningen upphäver den strömvariation som medför lobklyvning för en vanlig dipol. Antennen har acceptabla egenskaper så länge som d I Åm,-,,= 0,50 i 0,05.

Avståndet mellan de två matnlngspunktema skall enligt utredningen ovan stå i ett visst förhållande till antennlängden, å = 0,37 i 0,02 . Som anförts fungerar en sådan antenn utmärkt för våglängder inom intervallet Å = % 3_ 1 35. Antennen har acceptabla egenskaper så länge som ä- = 0,37 i 0,04.

I figur 5 och 6 visas en utföringsform av uppfinningen mer konkret. Antennen har på vanligt sätt ett ledande hölje H1, H2 och H3 - normalt av metall. Höljet har i exemplet ett cirkulärt tvärsnitt, men kan i andra utföringsformer av uppfinningen ha ett annat tvärsnitt. Tvärsnittets radie R skall vara mycket mindre än våglängden, R lim << 1.

I det exempel på en antenn för frekvensområdet 20 - 90 MHz som presenteras nedan och visas i figur 5 och 6 är R I lm", e 0,03, vilket motsvarar att radien R är 1 dm.

Ett fördelaktigt sätt att mata antennen använder slitsar S1 och S2 som vid matnings- punkterna ringformat sträcker sig runt antennhöljets omkrets. Genom slitsarna upp- delas antennhöljet i längsled i tre delar, en mittdel H2 mellan slitsarna och en ytter- del H1 resp. H3 utanför respektive slits. Vid slitsarna är den mot mitten vända änden 10 15 20 25 30 35 5iÉ9 Ofšíš 4 av de yttre delarna täckta av en ledande struktur G1 och G2 som kan ha olika utförande. l exemplet används heltäckande ledande gavlar som täcker tvärsnittet. I andra fall kan de ledande strukturema vara utförda som radiella ekrar över tvär- snittet eller pà andra sätt. Matningen av antennen sker via dessa bàda gavlar G1 och G2, genom att de i sina centrum vardera är förbundna med en inre ledare I1 och l2 som sträcker sig längs centralaxeln hos antennens mittdel H2 mot antennens mitt i längsled, där de inre ledarna nästan möts, utan att beröra varandra.

De inre ledarna I1 och I2 har i exemplet ett cirkulärt tvärsnitt med konstant radie, men kan i andra fall ha ett annat tvärsnitt och varierande radie. En varierande radie kan användas i impedansanpassande syfte. Om de inre ledarna har konstant radie och inga andra impedansanpassningar vidtas är ett lämpligt mätt pà de inre ledarnas radie omkring 0,1 gånger radien för antennens ytterhölje, vilket i CARABAS-fallet innebär en radie på de inre ledarna pà ca 1 cm.

De inre ledarnas mantelyta är elektriskt skärmande, antingen genom att ledarna har en sluten ledande mantelyta eller att de, om de består av ett ledande nät, har maskor som är tillräckligt smà. En inre kanal i den ena inre ledaren I2 används i exemplet för att leda fram den koaxialkabel K som matar antennen och genom att antennens inre ledare har en elektriskt skärmande mantelyta förhindras att elektriska strömmar uppstår pà koaxialkabelns yta.

För att förhindra att strömmar uppkommer på koaxialkabelns K ytterhölje utanför antennen kan man på olika sätt utföra koaxialkabeln med en drossellspole/induktans.

Exempelvis kan koaxialkabeln lindas på en ferritkäma. Antennens funktion påverkas inte av detta, men strömmar vandrar inte på koaxialkabelns ytterhölje förbi spolen.

Antennen matas genom att de bàda inre ledama /1 och /2 i en central matnings- punkt C matas fràn en koaxialkabel K. Antennens ena inre ledare /2 ansluts till koaxialkabelns K innerledare och antennens andra inre ledare I1 ansluts till koaxial- kabelns ytterledare. Antennens bàda inre ledare /1 och l2 fungerar som transmis- sionsledare - koaxialledare - tillsammans med ytterhöljet H2 på antennens mittdel.

Dessa transmissionsledare avslutas med slitsöppningarna S1 och S2i antennens ytterhölje, vilka är de egentliga stràlningskällorna för antennen. Hälften av spän- ningen U fràn koaxialkabeln fördelas till vardera öppningen. Observera att polari- teten i den högra och den vänstra transmissionsledaren är motsatta men att detta 10 15 20 25 30 C37 Ik) *C CD LN CC? 5 ger upphov till spänningskällor U, som är riktade åt samma håll vid slitsöppningarna.

Ingen balun är nödvändig i matningspunkten eftersom konstruktionen förhindrar strömmar att gå tillbaka på koaxialkabelns ytterhölje vid dess anslutningspunkt i mitten på antennen.

Slitsbredden skall typiskt vara mycket mindre än den kortaste våglängden 2t,,,,-,,. En lämplig slitsbredd är 0,005 till 0,010 gånger Åmfn, vilket i CARABAS-fallet ger en slits- bredd av ca 2 cm. En övre gräns där funktionen försämras ligger vid en slltsbredd av 0,1 gånger 20mm.

Den undre gränsen för slitsbredden beror i huvudsak på när kapacitansen över slitsen blir så stor att anpassningsproblem och i sista hand ett överslag uppstår.

Antennen har önskade strålningsegenskaper till dess detta uppstår. Ett riktvärde, för att ge en uppfattning om var den undre gränsen för slitsbredden kan ligga, är 0,001 gånger lmm, vilket i CARABAS-fallet betyder ca 2 mm. l praktiken kan den undre slitsbredden ligga såväl under som över detta riktvärd.

Antennen kan på känt sätt förses med impedansanpassingsnät bestående av reaktiva komponenter. lmpedansanpassningen kan ske antingen vid slitsöppning- arna eller vid matningspunkten mitt i antennen. l vissa utföringsformer av uppfin- ningen är innerledama cylindriska och har en radie som utefter sin längd anpassas efter vilken typ av anpassningsnät som används. En möjlighet är att som inre ledare I1 och 12 använda en konisk ledande struktur med en spets vid den centrala matningspunkten C och en gradvis ökande radie fram till de ledande strukturerna G1 och G2 vid slitsarna S1 och S2. Den antennfunktion som har beskrivits här påverkas inte av en eventuell impedansanpassning. l en konkret antenn enligt uppfinningen kan höljet, gavlarna och de inre ledarna vara gjorda av aluminium eller koppar. För att hålla innerledaren i rätt läge kan de inre ledarna stödas i antennhöljet av skivor av något dieleklriskt material, exempelvis FRlGOLlT ®. Koaxialkabeln kan vara av sedvanlig typ för matning av antenner.

Claims (8)

10 15 20 25 30 Patentkrav:

1. , En bredbandig förlustfri dipolantenn, k ä n n e t e c k n a d a v att den matas i två längs antennens längd L symmetriskt belägna matningspunkter (M1, M2, d S1, S2), som ligger på ett avstånd d från varandra sådant, att -L- = 0,37 i 0,04.

2. Dipolantenn enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d a v att matningspunktema (M1, M2, S1, S2) ligger pà ett avstånd d från varandra sådant, att %= 0,37 i 0,02.

3. Dipolantenn enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d a v att antennen består av ett ledande hölje (H1, H2, H3) som med tvärs längdaxeln, längs höljets omkrets sig sträckande slitsar (S1 , S2) delas upp i tre cylindriska delar vid matnlngspunkterna (M1, M2), en mittdel (H2) och två ytterdelar (H1, H3), att ytterdelarna i sina mot slitsarna vända ändar är försedda med en ledande struktur (G1, G2) över sina tvärsnitt, att från vardera ledande struktur sträcker sig en inre ledare (l1, I2) längs centralaxeln hos antennens mittdel (H2) väsentligen fram till en central matningspunkt (C) för antennen, utan att de inre ledarna fär kontakt, och att antennen vid den centrala matningspunkten matas via en koaxialkabel (K), varvid koaxialkabelns innerledare är ansluten till antennens ena inre ledare (I2) och koaxialkabelns ytterledare är ansluten till antennens andra inre ledare (I1).

4. Dipolantenn enlig patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a d a v att de inre ledarna (I1, I2) har en elektriskt skärmande mantelyta och att koaxialkabeln (K) sträcker sig in genom antennens ena ände och löper i en inre kanal iden ena inre ledaren (I2) till den centrala matningspunkten (C).

5. Dipolantenn enlig patentkravet 3 eller 4, k ä n n e t e c k n a d a v att slitsbredden är mindre än 0,1 gånger ).,,,,-,,, där Am är den kortaste våglängd för vilken antennen är avsedd.

6. Dipolantenn enlig patentkravet 5, k ä n n e t e c k n a d a v att slits- bredden är 0,005 till 0,010 gånger 11mm. (fi P D UB CD (få GE 7

7. Dipolantenn enlig något av patentkraven 1 - 6, k ä n n e t e c k n a d a v att antennens hölje är cirkuiärsymmetriskt med en radie R vald enligt R :e 0.93 ° Ãmm, där Amin är den kortaste våglängd för vilken antennen är avsedd.

8. Dipolantenn enlig patentkravet 7, k ä n n e t e c k n a d a v att de inre ledarna (11, l2) har ett cirkulärt tvärsnitt med en konstant radie som uppgàr till ca 0,1 gånger radien R för antennens ytterhölje.