NO148579B

NO148579B - Antenna.

Info

Publication number: NO148579B
Application number: NO810972A
Authority: NO
Inventors: Per-Simon Kildal
Original assignee: Sintef
Priority date: 1981-03-23
Filing date: 1981-03-23
Publication date: 1983-07-25
Also published as: GB2096400A; NO810972L; GB2096400B; NO148579C

Description

Oppfinnelsen vedrører en elektrisk dipol-antenne av The invention relates to an electric dipole antenna of

det slag som er angitt i innledningen til patentkrav 1, the type specified in the introduction to patent claim 1,

for bruk som mate-element i parabolske reflektor-antenner i VHF og UHF området. Bruken er hovedsakelig til radio-linje-formål, men det sees også en framtidig utnyttelse som skipsterminal for satelitt-kommunikasjon. for use as a feed element in parabolic reflector antennas in the VHF and UHF range. The use is mainly for radio-line purposes, but a future use as a ship terminal for satellite communication is also seen.

Dipol-antenner med reflektor er mye brukt som mate- Dipole antennas with reflectors are widely used as feed-

element i parabolske reflektorer fordi de er enkle og billige å tilvirke. Tilkoblingen til senderen og/eller mottakeren kan skje ved hjelp av koaksial linje gjennom sentrum av den parabolske reflektoren. Koaksial1injen tjener samtidig som støtte og feste for dipol-antennen med reflektor. Som festeanordning påvirker den ikke strålingen fra mateantennen. Det er en stor fordel framfor andre feste-anordninger, f.eks. skråstilte stag. Overgangen fra ko-aksiallinje til dipol er velkjent og lett å realisere. element in parabolic reflectors because they are easy and cheap to manufacture. The connection to the transmitter and/or receiver can be made using a coaxial line through the center of the parabolic reflector. The coaxial line also serves as support and attachment for the dipole antenna with reflector. As a fastening device, it does not affect the radiation from the feed antenna. It is a big advantage over other fastening devices, e.g. inclined struts. The transition from co-axial line to dipole is well known and easy to realize.

Men den vanlige dipol-antennen med reflektor har en stor ulempe som begrenser anvendbarheten: Strålingsdiagrammet i E-plan (dvs. planet gjennom dipolen og matelinjen) har en gunstig strålebredde, mens strålingsdiagrammet i det ortogonale H-plan er altfor bredt. Denne usymmetrien i strålings-diagrammet til mateantennen medfører lav aperture-effektivi- But the common dipole antenna with reflector has a major drawback that limits its applicability: The radiation pattern in the E-plane (ie the plane through the dipole and the feed line) has a favorable beam width, while the radiation pattern in the orthogonal H-plane is far too wide. This asymmetry in the radiation pattern of the feed antenna results in low aperture efficiency.

tet og høy kryss-polarisasjon når den brukes som mateele- tight and high cross-polarization when used as feed element

ment i parabolske reflektorer. Den store strålebredden i H-plan forårsaker også høye bakoverlober. Bakoverlober i forbindelse med parabolske reflektorer er all stråling i retninger som ligger mer enn 90° fra hovedstråleretningen for parabolske antenner. Lavere bakoverlober er vektig for å redusere interferens fra andre signalkilder og/eller for ikke å forstyrre andre radiosamband. meant in parabolic reflectors. The large beam width in H-plane also causes high back lobes. Backward lobes in connection with parabolic reflectors are all radiation in directions that are more than 90° from the main beam direction for parabolic antennas. Lower back lobes are important to reduce interference from other signal sources and/or not to interfere with other radio connections.

Oppfinnelsen har til formål å skape en dipol-antenne The purpose of the invention is to create a dipole antenna

som har mer symmetrisk strålingsdiagram slik at disse be-grensningene reduseres. which has a more symmetrical radiation pattern so that these limitations are reduced.

Formålet oppnås ved hjelp av de trekk som er angitt i patentkrav 1. Ringen former strålingsdiagrammet i H-plan slik at det blir smalere og likt strålingsdiagrammet i E- The purpose is achieved with the help of the features stated in patent claim 1. The ring shapes the radiation diagram in H-plane so that it becomes narrower and similar to the radiation diagram in E-

plan. Strålingsdiagrammet er upåvirket av ringen. plan. The radiation pattern is unaffected by the ring.

Fra US-PS 2.169.533 er det kjent en antenne med en led- From US-PS 2,169,533 an antenna with a led-

ende ring over dipolen, som påvirker strålingsdiagrammet i begge ortogonale plan. Den er derfor beregnet for et annet bruksområde enn antennen i søknaden. Fra US-PS 3.605.104 end ring above the dipole, which affects the radiation pattern in both orthogonal planes. It is therefore intended for a different area of use than the antenna in the application. From US-PS 3,605,104

er det kjent en antenne med ringer under reflektoren. Dette reduserer strålingsnivået i denne retning, men former ikke diagrammet i forover-retning. an antenna with rings under the reflector is known. This reduces the radiation level in this direction, but does not shape the diagram in the forward direction.

Ringen ved antennen ifølge oppfinnelsen kan være sirku- The ring at the antenna according to the invention can be circular

lær eller elliptisk med en radius på ca. 0.6 bølgelengder A, leather or elliptical with a radius of approx. 0.6 wavelengths A,

og plasseres ca.0.5 /\ over reflektoren. Dipolen er ca. 0,25 and is placed approx. 0.5 /\ above the reflector. The dipole is approx. 0.25

/\ over reflektoren. Ringen må festes ved hjelp av dielek-triske støtter. Den kan f.eks. støpes inn i polyuretanskum sammen med resten av mateantennen. /\ above the reflector. The ring must be fixed using dielectric supports. It can e.g. molded into polyurethane foam together with the rest of the feed antenna.

Når en dipol-antenne med reflektor og slik ring brukes When a dipole antenna with a reflector and such a ring is used

som mate-element i en parabolsk reflektor oppnås at as feed element in a parabolic reflector is achieved that

a) aperture-effektiviteten til den parabolske reflektor-antennen øker med opptil 15%, og b) bakoveriobene reduseres med opptil 15 dB. a) the aperture efficiency of the parabolic reflector antenna increases by up to 15%, and b) the back noise is reduced by up to 15 dB.

F.n ytterligere stor fordel er at antennen kan brukes for Another big advantage is that the antenna can be used for

to ortogonale lineære polarisasjoner såvel som for sirku- two orthogonal linear polarizations as well as for circuit

lær polarisasjon. Med to ortogonale kryssete dipoler som opererer p;'i samme frekvens, vil en sirkulær ring forme stråling sd i ag rammene for begge dipoler til a bli symmetriske. learn polarization. With two orthogonal crossed dipoles operating at the same frequency, a circular ring will shape radiation sd in the ag frames of both dipoles to become symmetrical.

Ved ;i mate de kryssete dipolcne med 90° faseforskj ell oppnås When fed, the crossed dipoles with a 90° phase difference are obtained

et sirkulær polarisert strå 1ingsdiagram som er symmetrisk og med meget liten kryss-polar isasjon. Dersom de to ortogonale kryssete dipolene opererer på forskjellige frekvenser, vil en elliptisk ring kunne forme st rå 1 ingsdiagrammet for begge dipoler til å bli symmetriske. Halvaksen for den elliptiske a circularly polarized beam pattern that is symmetrical and with very little cross-polarization. If the two orthogonal crossed dipoles operate at different frequencies, an elliptical ring will be able to shape the power diagram for both dipoles to become symmetrical. The semi-axis of the elliptical

ringen i H-plan for den dipolen som brukes for frekvensen f^, må da være ca. 0.6 A^, hvor A^ er bølgelengden som svarer til frekvensen f^. Halvaksen i H-plan for den dipolen som brukes for frekvensen f^^å være ca. 0.6 A ^, hvor A^ er bølgelengden som svarer til frekvensen i ^. the ring in H-plane for the dipole used for the frequency f^ must then be approx. 0.6 A^, where A^ is the wavelength corresponding to the frequency f^. The semi-axis in H-plane for the dipole used for the frequency f^^to be approx. 0.6 A ^, where A^ is the wavelength corresponding to the frequency in ^.

Da oppnås 151 økning av apertureeffektiviteten og 15 dB bakoverlobe-reduksjon for begge dipoler (polarisasjoner). A 151 increase in the aperture efficiency and a 15 dB backward lobe reduction is then achieved for both dipoles (polarizations).

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet nedenfor med henvisning til tegningene, hvor: Fig.l viser et eksempel på en dipol-antenne med reflektor, ring og matelinje, mens The invention is described in more detail below with reference to the drawings, where: Fig.l shows an example of a dipole antenna with reflector, ring and feed line, while

fig.2 viser en slik dipol-antenne med reflektor, ring og matelinje, plassert som mateelement i en parabolsk reflektor -antenne. fig.2 shows such a dipole antenna with reflector, ring and feed line, placed as a feed element in a parabolic reflector antenna.

Fig.l viser et snitt av antennen i planet gjennom dipolen 1 og matelinjen 2, t en avstand av opptil 0.35 bølgelengder A. (fortrinnsvis 0.25 A) bak dipolen er plassert en reflektor 3. Reflektoren er tegnet som en elektrisk ledende sirkulær plate, men kan i prinsippet være en hvilken som helst reflekterende gjenstand, f.eks. en kortsluttet parasitt-dipol med større lengde enn dipol 1. Hvis reflektoren 3 er en sirkulær plate har den diameter større enn 1.2 A . Dipolen 1 er fortrinnsvis en halvbølge dipol med total lengde ca. 0.5 A . Dipolen mates på midten ved hjelp av matelinjen 2. En hensiktsmessig overgang fra koaksial linje til dipol, en såkalt balun, må benyttes. Fig.l shows a section of the antenna in the plane through the dipole 1 and the feed line 2, t a distance of up to 0.35 wavelengths A. (preferably 0.25 A) behind the dipole is placed a reflector 3. The reflector is drawn as an electrically conductive circular plate, but can in principle be any reflective object, e.g. a short-circuited parasitic dipole with a greater length than dipole 1. If the reflector 3 is a circular plate, it has a diameter greater than 1.2 A . The dipole 1 is preferably a half-wave dipole with a total length of approx. 0.5A. The dipole is fed in the middle using feed line 2. An appropriate transition from coaxial line to dipole, a so-called balun, must be used.

Over dipolen er plassert en elektrisk ledende ring 4. Ringen kan være elliptisk eller sirkulær, i planet normalt på dipolen, dvs. normalt på papirplanet i fig.l, har ringen i eksempelet en radius på ca. 0.6 bølgelengder A , og den er plassert ca. 0.5 A over reflektoren. Tykkelsen på ringen er mindre enn 0.1 A . Ringen kan festes til reflektoren og dipolen ved hjelp av di-elektriske ikke-ledende materialer, f.eks. støpes inn sammen med dipolen og reflektoren i polyuretan-skum (ikke vist) . An electrically conductive ring 4 is placed above the dipole. The ring can be elliptical or circular, in the plane normal to the dipole, i.e. normal to the plane of the paper in fig.1, the ring in the example has a radius of approx. 0.6 wavelengths A, and it is placed approx. 0.5 A above the reflector. The thickness of the ring is less than 0.1 A. The ring can be attached to the reflector and dipole using dielectric non-conductive materials, e.g. is cast in together with the dipole and the reflector in polyurethane foam (not shown) .

Fig.2 viser dipol-antennen 1 med matelinjen 2, reflektor 3 og ring 4, montert som mateantenne i en parabolsk reflektor 5. Matelinjen 2 tjener som mekanisk feste og støtte for mateantennen. Den parabolske reflektoren er den indre delen av en rotasjons-paraboloide, med topp-punktet i midten. Matelinjen går langs aksen i parabol-oiden, og selve mateantennen (dipol med reflektor og ring) er plassert i fokalpunktet. Matelinjen er ført gjennom den parabolske reflektoren til en ende 6 litt bak reflektoren hvor sender og/eller mottaker kan til-kobles . Fig.2 shows the dipole antenna 1 with the feed line 2, reflector 3 and ring 4, mounted as a feed antenna in a parabolic reflector 5. The feed line 2 serves as a mechanical attachment and support for the feed antenna. The parabolic reflector is the inner part of a paraboloid of rotation, with the top point in the middle. The feed line runs along the axis of the paraboloid, and the feed antenna itself (dipole with reflector and ring) is placed at the focal point. The feed line is led through the parabolic reflector to an end 6 slightly behind the reflector where the transmitter and/or receiver can be connected.

Eksemplene som er vist ovenfor kan modifiseres The examples shown above can be modified

på forskjellige måter. Ringen 4, som i prinsipp kan være polygonal, er hensiktsmessig framstilt av metallisk, ledende materiale, men den kan også være framstilt med en isolerende kjerne med et ledende overtrekk eller en ledende kjerne med isolerende kappe. in different ways. The ring 4, which in principle can be polygonal, is conveniently produced from metallic, conductive material, but it can also be produced with an insulating core with a conductive coating or a conductive core with an insulating jacket.

Ringas 4 radius kan variere innefor et visst område, særlig i området 0,5-0,7 bølgelengder A . The radius of the ring 4 can vary within a certain range, particularly in the range 0.5-0.7 wavelengths A .

Videre kan den være plassert i en viss avstand fra reflektoren som kan variere i området 0,4-0,6 bølgelengder A. Furthermore, it can be placed at a certain distance from the reflector which can vary in the range of 0.4-0.6 wavelengths A.

Claims

1. Electric dipole antenna with a dipole (1) placed at a distance in front of a reflector (3), for radiating or receiving electromagnetic waves, for use as a feed element in parabolic reflector antennas, characterized in that in front of the dipole (1) in a plane parallel to the plane of the reflector, one electrically conductive ring (4) is placed in such a way that it shapes the radiation diagram in the plane normal to the dipole (H-plane) to be essentially equal to the radiation diagram in the orthogonal plane (E -plane), which is essentially unaffected by the ring.

2. Dipole antenna as specified in claim 1, characterized in that the ring (4) is circular or elliptical with a radius, respectively half-axis lengths of 0.5-0.7, preferably 0.6 wavelengths X.

3. Dipole antenna as stated in claim 1 or 2, characterized in that the ring (4) is placed at a distance of 0.4-0.6, preferably 0.5 wavelengths X in front of the reflector.

4. Dipole antenna as specified in one of claims 1-5, characterized in that the ring (4) has a thickness of approximately 0.035 wavelengths Å.

5. Dipole antenna as stated in one of claims 1-4, characterized in that the reflector (3) is an electrically conductive circular plate with a diameter greater than approx. 1.2 wavelengths A .