DE602005002330T2

DE602005002330T2 - Logarithmisch periodische Mikrostreifengruppenantenne mit geerdetem halbkoplanaren Übergang von Wellenleiter auf Mikrostreifenleitung

Info

Publication number: DE602005002330T2
Application number: DE602005002330T
Authority: DE
Inventors: Mark Russell Simi Valley Goldberg; Harold Kregg Simi Valley Hunsberger
Original assignee: Alliant Techsystems Inc
Current assignee: Northrop Grumman Innovation Systems LLC
Priority date: 2004-10-08
Filing date: 2005-10-05
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2025-10-06
Also published as: EP1646110A1; US7292197B2; NO20054610L; US20070103376A1; DE602005002330D1; EP1646110B1; NO20054610D0; NO335280B1

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft in einigen Ausführungsformen logarithmischperiodische Mikrostreifenantennen und insbesondere logarithmisch-periodische semikoplanare Mikrostreifen-/Schlitzantennen und koplanare Wellenleiter-zu-Mikrostreifen-Leitungsübergänge.
Logarithmisch-periodische Antennen sind typischerweise dadurch gekennzeichnet, dass sie logarithmisch-periodische, elektrisch leitende Elemente haben, die Kommunikationssignale empfangen und/oder übertragen können, wobei die relativen Dimensionen jedes Dipolantennenelements und des Abstandes zwischen den Elementen logarithmisch mit dem Frequenzbereich verbunden sind, in welchem die Antenne arbeitet. Logarithmisch-periodische Dipolantennen können unter Verwendung von gedruckten Schalterplatten hergestellt werden, wobei diese Antennenelemente hergestellt werden in, konform zu oder auf einer Oberflächenschicht eines isolierenden Substrats. Die Antennenelemente werden typischerweise gebildet auf einer gemeinsamen Ebene eines Substrats, so dass die Hauptstrahlachse oder die Laufrichtung für Phasenzentren bei zunehmender Frequenz der Antenne in dieselbe Richtung geht.
Aus US 6 703 975 B1 ist eine Antennenanordnung bekannt, welche zwei Stufen linear polarisierter Antennen einschließt, die auf einem Umrandungsabschnitt einer Flugzeugzelle befestigt sind, wobei ein Paar eine Polarisation normal zu der Flugzeugzelle aufweist und das andere Paar eine Polarisation tangential zu der Flugzeugzelle aufweist. Die Antennenanordnung überkommt das Kreuzpolarisationsproblem einer elektromagnetischen Welle, die über der Anordnung einfällt, wenn linear polarisierte umrandungsbefestigte Antennen verwendet werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist definiert durch eine logarithmisch-periodische Antenne, wie in den unabhängigen Ansprüchen 1, 5 und 9 beansprucht. Entsprechende bevorzugte Ausführungsformen sind jeweils in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 4, 6 bis 8 und 10, 11 definiert.
Die Erfindung in ihren mehreren Ausführungsformen schließt eine logarithmischperiodische Antenne mit einem dielektrischen Medium ein, wie eine gedruckte Schaltplatte, die eingesetzt ist zwischen einem logarithmisch-periodischen Mikrostreifenabschnitt und einem nächsten logarithmisch-periodischen Schlitzabschnitt, wobei die Umrandung des logarithmisch-periodischen Mikrostreifenabschnitts in Untergröße ist in Bezug zu der Umrandung des ersten logarithmisch-periodischen Schlitzantennenabschnitts und wobei eine unmittelbare Entfernung zwischen der äußeren Umrandung des ersten logarithmisch-periodischen Mikrostreifenantennenabschnitts und der Umrandung des ersten logarithmisch-periodischen Schlitzantennenabschnitts, senkrecht zu der zweiten Oberfläche, einen ersten Impedanzspalt begrenzt. Die Erfindung in ihren mehreren Ausführungsformen kann weiterhin einschließen eine Antenne mit einer gekrümmten, elektrisch leitfähigen Versorgungsleitung und einer im Wesentlichen flächengleich gekrümmten Schlitzversorgungsleitung. Die Ausführungsformen der Erfindung können weiterhin eine Anordnung von zwei oder mehreren logarithmisch-periodischen Antennen einschließen, die befestigt sind im Wechsellaufphasenzentrum gegenüber den Frequenzorientierungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung in ihren mehreren Ausführungsformen und für weitere Eigenschaften und Vorteile wird nun Bezug genommen auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen:
1 in Draufsicht ein Beispielelement der gedruckten Schaltungs- und Übertragungsleitungscharakteristiken der logarithmischperiodischen Mikrostreifenleitungsanordnungsversorgungsseite der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 in Draufsicht ein Beispiel der Bodenseite der logarithmischperiodischen Schlitzanordnung der vorliegenden Erfindung zeigt;
3A in einer Draufsicht ein Beispiel von sechs Elementen in der Beispielanordnung der logarithmisch-periodischen Mikrostreifenzufuhrseite der Schlitzanordnung zeigt, fluchtend mit der logarithmisch-periodischen Bodenseite der Schlitzanordnung;
3B in einer Querschnittsansicht ein Beispiel eines Elements in der Beispielanordnung der logarithmisch-periodischen Mikrostreifenzufuhrseite der Schlitzanordnung zeigt, fluchtend mit der logarithmisch-periodischen Bodenseite der Schlitzanordnung;
4 in einer Draufsicht eine beispielhafte typische Anordnung von zwei Antennenelementen der vorliegenden Erfindung benachbart zueinander und so orientiert zeigt, dass jedes ein Laufphasenzentrum gegenüber der Frequenz entgegengesetzt zueinander hat;
5A in Draufsicht eine exemplarische typische Ausführungsform zeigt, wobei eine gedruckte Schaltplatte zwei logarithmisch-periodische Mikrostreifenanlagenzufuhren auf einer oberen Seite hat und ihre entsprechenden ausgerichteten Bodenebenen auf der gegenüberliegenden Seite der gedruckten Schaltplatte;
5B in einer Querschnittsansicht die Gabelregion einer Zunge einer Ausführungsform zeigt, die in ein inneres Koaxialkabel eingreift;
6 in einer Querschnittsansicht eine exemplarische Befestigung zeigt;
7 in einer Draufsicht eine exemplarisch gekrümmte Verjüngung in der geerdeten Seite der logarithmisch-periodischen beispielhaften Mikrostreifenanordnung von dem letzten Element zu der Bodenebene zeigt;
8A in Draufsicht eine exemplarische Mikrostreifenzufuhrleitung zeigt, wie sie von der Zufuhrleitungszunge zu der Basis der exemplarischen logarithmisch-periodischen Mikrostreifenanordnung gekrümmt ist;
8B in Querschnittsansicht eine exemplarische Mikrostreifenzufuhrleitung zeigt, wie sie von der Zufuhrleitungszunge zu der Basis der exemplarischen logarithmisch-periodischen Mikrostreifenanordnung gekrümmt ist;
9 ein exemplarisches Antennen-Gain-Muster zeigt, erzeugt aus Messungen mit einer exemplarischen Antenne bei einer niedrigen Frequenz; und
10 ein exemplarisches Antennen-Gain-Muster zeigt, erzeugt durch Messungen, die bei einer mittleren Frequenz gemacht wurden; und Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff „exemplarisch" als Beispiel und um das Verständnis des Lesers zu vereinfachen und bezeichnet keine besondere Vorliebe für ein besonderes Element, Merkmal, Konfiguration oder Ablauf.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung, in ihren mehreren Ausführungsformen, schließt ein eine logarithmisch-periodische Antenne mit Mikrostreifenschlitzelementen auf einer ersten oder oberen Seite eines dielektrischen Mediums und eine Schlitzbodenebene der Elemente auf einer zweiten oder unteren Seite des dielektrischen Mediums, wobei die strahlenden Elemente orientiert sind mit wechselnden und entgegengesetzten Phasen, z.B. 180 Grad Phasenunterschiede, und wobei die Kombination als eine logarithmisch-periodische Breitbandantenne arbeiten kann.
Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung in ihren mehreren Ausführungsformen einen geerdeten, modifizierten semikoplanaren Wellenleiter-zu-Mikrostreifen-Leitungsübergang haben. Die Versorgungsleitung einiger Ausführungsformen weist typischerweise auf einen Übergang von einer unausgeglichenen Mikrostreifenübertragungsleitung und kann eine Mikrostreifenzufuhrübertragungsleitung haben, die sich verjüngt von einem Basismikrostreifenschlitzdipolelement auf einer oberen Seite des dielektrischen Mediums, und eine geschlitzte Bodenebene unter der Übertragungsleitung, die sich verjüngt von dem ersten Schlitzdipolelement in einem Bodenebenemedium auf der unteren Seite des dielektrischen Mediums.
Beispielhafte Ausführungsformen der Mikrostreifenübertragungsleitung haben einen ersten Leitungsstreifen im Spannungswiderstand zu einer Referenzbodenebene mit einer vermittelnden Dielektrik zwischen den zwei Leitern. Zum Beispiel kann die Elementausführungsform versorgt werden durch zwei parallele Schlitzleitungen, die als ein gemeinsames Potential einen Hauptleiter haben. Der Hauptleiter verjüngt sich typischerweise auf eine Breite, die die Impedanz der Mikrostreifenübertragungsleitung setzt und wobei entlang derselben Länge sich eine Leerstelle oder ein Schlitz in der Grundebene verjüngt zu einer Nullbreite oder einem Eckpunkt. In einigen Ausführungsformen werden diese verjüngten Regionen verwendet, um die Feldlinie zu übertragen von einem Zustand im Wesentlichen zwischen dem Mikrostreifenleiter und der Bodenebene wie in einem Kondensator zu einem Zustand im Wesentlichen in Grenzgebieten zwischen den Kanten der Leiter, die die Dielektrik durchqueren.
Exemplarische Anordnungsausführungsformen der vorliegenden Erfindung schließen typischerweise ein eine Anordnung von zumindest einem Paar von im Wesentlichen frequenzunabhängigen planaren Antennenanordnungselementen, wobei das erste Bauteil des Paares von Antennenanordnungselementen eine Laufphasenzentrumsachse im Wesentlichen entgegengesetzt zu der Richtung der Laufphasenzentrumsachse des zweiten Bauteils des Paares von Antennenanord nungselementen hat. Die Antennenelementmuster können ausgerichtet sein, d.h. oberer Grundriss relativ zu unterem Grundriss, welche eine logarithmischperiodische Mikrostreifenanordnung (MSLPA) bilden mit einer Hauptachse. Jedes MSLPA schließt typischerweise ein eine Schlitzübertragungsleitung, die entlang der Hauptachse des MSLPA verläuft, welche als Zufuhr für die Schlitzdipolelemente wirken kann, wobei typischerweise trapezförmige Elemente in bilateraler Symmetrie aus der Übertragungsleitung entspringen. In manchen Ausführungsformen können parasitische oder zentrale Mikrostreifenleinen oder Schlitze eingesetzt werden innerhalb der Bereiche, die durch die Dipolelemente und die Übertragungsleitung der kombinierten Schichten gebildet sind. Die äußere Umrandung der Zufuhrseite der MSLPA beschreibt typischerweise ein Muster oder Grundriss, wobei die Bodenebenenseite der logarithmisch-periodischen Schlitzanordnung dann typischerweise ein Muster der Umrandung von jedem Zufuhrseitenmikrostreifenleitungselement der oberen Seite und entlang mit einiger zusätzlicher Breite im Wesentlichen senkrecht zu der Umrandung bedeckt, um einen Impedanzschlitz zu etablieren.
1 zeigt eine exemplarische Mikrostreifendipolelementanordnung und Übertragungsleitungscharakteristiken einer logarithmisch-periodischen Mikrostreifenanordnungsausführung 100 der vorliegenden Erfindung, die typischerweise auf einer ersten oder oberen Oberfläche 125 befestigt ist oder auf einer Vorderseite eines dielektrischen Mediums 120, wie eine gedruckte Schaltplatte. Der Übertragungsleitungsabschnitt 130 der exemplarischen Anordnung wird innerhalb des Bereichs geschnitten durch den Winkel 2β. Die logarithmisch-periodische Anordnung der exemplarischen Ausführungsform ist typischerweise symmetrisch in einer Ebene um eine Hauptachse 150, in der sich die Dipolelemente erstrecken als trapezförmige Abschnitte, die in diesem Beispiel durch den Winkel 2α begrenzt sind. Im Allgemeinen ist ein innerer zentrierter Schlitz 115 ausgestaltet durch das Muster der Mikrostreifenleitung bei jedem Element und kann den Übertragungsleitungsabschnitt 130 kreuzen oder queren. Das Muster des Mikrostreifenabschnitts 105 der MSLPA 100 kann eine dünne metallische Schicht sein, und der innere zentrierte Schlitz 115 kann gestaltet sein durch einen trapezförmigen Bereich mit fehlender metallischer Schicht. Das schräge Ausmaß jedes inneren Schlitzes in diesem Beispiel ist begrenzt durch den Winkel 2α_SL. Um die Proportionen der Mikrostreifenelemente der Antenne, der Dipolelemente oder Dipolzähne der Anordnung zu illustrieren, die den Übertragungsleitungsabschnitt queren können, sind sie nummeriert, beginnend mit dem Dipol mit der längsten Wellenlänge. Zum Beispiel ist der erste Dipol 110 gezeigt mit der längsten Spanne, d.h. dem längsten Abschnitt, der den Übertragungsleitungsabschnitt 130 quert. Die exemplarische minimale radiale Entfernung von dem Referenzursprung O kann für den Mikrostreifenabschnitt des ersten Dipolelements vertreten werden als r₁, und der minimale radiale Abstand für das zweite Dipolelement kann durch r₂ vertreten werden.
2 zeigt eine exemplarische Bodenebenenseite 210 der logarithmischperiodischen Mikrostreifenschlitzanordnung (MLPSA) 100 der vorliegenden Erfindung, wobei der logarithmisch-periodische Schlitzantennenabschnitt 200 typischerweise aus einer metallischen Bodenebene gebildet sein kann, welche als die Boden- oder zweite Oberfläche verwendet werden kann des eingesetzten Mediums, wie eine gedruckte Schalterplatte, und kann die hintere, untere oder gegenüberliegende Seite der gedruckten Schalterplatte bilden, d.h. gegenüber der Zufuhrseite, wo der Mikrostreifenabschnitt 105 der MLSPA 100 befestigt ist. Der Zufuhrübertragungsleitungsabschnitt der Anordnung befindet sich innerhalb des Bereichs, der gezeigt werden kann als gegenüberliegend durch den Winkel 2β plus zweimal die planare Schlitzbreite, gezeigt als ein kleiner Winkel δ, und typischerweise eine Entfernung senkrecht zu der lokalen Umrandung w (in 2 nicht gezeigt). Die Schlitzbreite wird typischerweise eingestellt in Abstimmung mit der Impedanz der Anordnung der Elemente, sowohl der Mikrostreifenelemente als auch der Schlitzelemente der Bodenebene, welche die eingesetzte gedruckte Schaltungsplatte oder andere Befestigungsmedia einschließen. Typischerweise ist die logarithmisch-periodische Anordnung der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen symmetrisch in einer Ebene um eine Hauptachse 250, wo die Schlitzdipol elemente eine Schlitzübertragungsleitung 230 queren und sich als Trapezoide erstrecken, begrenzt durch den Winkel 2α plus zweimal die Schlitzbreite w, gezeigt als ein kleiner Winkel 2δ, wie oben.
Um die Schlitzproportionen der MLPSA 200 zu illustrieren, sind die Elemente der Anordnung nummeriert, beginnend mit dem Schlitzdipolelement mit größter Wellenlänge 220, d.h. das Element mit der exemplarisch größten queren Spanne. Die maximale radiale Entfernung von dem Referenzursprung O kann für den ersten Dipol mit R₁ gezeigt werden. Die maximale radiale Entfernung von dem Referenzursprung O kann für den zweiten Dipol durch R₂ gezeigt werden. Die minimale Entfernung von dem Referenzursprung O kann für den ersten Dipol durch r₁ kleiner der Impedanzschlitzbreite gezeigt werden. Ein ähnliches Verhältnis kann für R₂ und r₂ gezeigt werden. Typischerweise ist der Zufuhrübertragungsleitungswinkel des Mikrostreifens oder oberer Abschnitt 2ß kleiner als der Winkel 2β plus das Winkelinkrement, z.B. 2δ, benötigt für die Impedanzschlitzbreite der Bodenseite des dielektrischen Mediums, und ähnlich der Winkel 2α plus die Winkelinkremente 2δ der Bodenseite, benötigt für eine Impedanzschlitzbreite größer als 2α auf der oberen Seite. Besser als durch den Winkel δ ausgedrückt, kann dies ausgedrückt werden als die lineare Entfernung w, wenn die planaren Vorsprünge der Mikrostreifendipolelemente und die Schlitzdipolelemente in Draufsicht gesehen werden.
Für jedes exemplarische Paar von oberen und unteren trapezförmigen Dipolelementen kann ein Impedanzschlitz erzeugt werden, wie in der Aufsicht der Antenne von 3A gezeigt, wo 3A in einer Aufsicht eine exemplarische Anordnung der MSLPA darstellt, wobei sechs Elementpaare gezeigt sind und wo der Impedanzschlitz in dem Raum 310 gezeigt ist zwischen dem Mikrostreifen und der Bodenebene, die die Schlitzbreite 311 w hat, in einem Vorsprung im Wesentlichen senkrecht zu der lokalen Oberfläche und durch die eingesetzten dielektrischen Media 120. In dieser exemplarischen Anordnung der MSLPA überlappen die oberen und unteren Seiten, wobei die gestrichelten Linien die Grenz- oder Schlitzumrandungen der Bodenseite zeigen, die sich auf der Bodenseite des dielektrischen Mediums befinden. Dementsprechend ist in einer exemplarischen Ausführungsform das MSLPA an dem dielektrischen Medium befestigt, wie eine gedruckte Schalterplatte (PCB) in einer Orientierung, so dass die Ränder der Bodenplattenseite der Schlitze des MSLPA im Allgemeinen eine äußere Umrandung bereitstellen. Andererseits ist die Umrandung des Schlitzabschnittes überdimensioniert relativ zu der Umrandung des Mikrostreifenabschnitts, und die Umrandung des Mikrostreifenabschnitts ist unterdimensioniert in Bezug zu dem Schlitzabschnitt. 3B zeigt als Querschnitt den Mikrostreifenabschnitt 110 eines Elements in Bezug zu einem Bodenebenenabschnitt 210 und einen eingesetzten PCB als ein Beispiel eines dielektrischen Mediums 120. In dieser Ansicht (3B) kann ein innerer zentrierter Schlitz 115 im Querschnitt ebenso gesehen werden wie ein Schlitzelement 220 der MLPPA. Ebenso im Querschnitt von 3B gezeigt ist der Impedanzschlitz in dem Raum 310 gezeigt zwischen dem Mikrostreifen und der Bodenebene, die in einem planaren Vorsprung die Schlitzbreite 311 w aufweist. Die resultierende gestapelte MSLPA ist betriebsfähig, um als eine im Wesentlichen frequenzunabhängige Antenne zu arbeiten mit einer Übertragung ihres Phasenzentrums in Bezug zur Frequenz im Wesentlichen entlang der Linie bilateraler Symmetrie 350 (3A).
Eine andere Antennenausführungsform wird beschrieben wie folgt, wobei w die planare Breite des Impedanzschlitzes darstellt, τ das Elementausdehnungsverhältnis darstellt und ε ein Zahnbreitenmaß darstellt in den folgenden Gleichungen:
und
Der „Überwinkel" entgegengesetzt der komplementierten Antenne kann als 2α + 2δ dargestellt werden. Exemplarische Beziehungen schließen ein ein ε von √τ, ein β von α_SL/3 und ein α_SL von (α + δ)/2.
Exemplarische Antennenanordnungseigenschaften schließen ein einen Wert für einen Überwinkel oder 2α + 2δ von ungefähr 36 Grad, einen Wert für 2α von ungefähr 33 Grad, einen Wert für 2α_SL von ungefähr 18 Grad und einen Wert für 2β von ungefähr 6 Grad.

Exemplarische Antennenanordnungseigenschaften sind dargestellt in Tabelle 1 mit Entfernungen in Inches für Dipolzähne, nummeriert von 1-19; Tabelle 1

Exemplarische Antenneneigenschaften
R	r	τ	ε	w	#
5,500	4,980	0,82	0,91	0,0866	1
4,510	4,084	0,82	0,91	0,0710	2
3,698	3,349	0,82	0,91	0,0582	3
3,033	2,746	0,82	0,91	0,0477	4
2,487	2,252	0,82	0,91	0,0391	5
2,039	1,846	0,82	0,91	0,0321	6
1,672	1,514	0,82	0,91	0,0263	7
1,371	1,242	0,82	0,91	0.0216	8
1,124	1,018	0,82	0,91	0,0177	9
0,922	0,835	0,82	0,91	0,0145	10
0,765	0,685	0,82	0,91	0,0119	11
0,620	0,561	0,82	0,91	0,0098	12
0,508	0,460	0,82	0,91	0,0080	13
0,417	0,377	0,82	0,91	0,0066	14
0,342	0,310	0,82	0,91	0,0065	15
0,280	0,254	0,82	0,91	0,0053	16
0,230	0,202	0,77	0,88	0,0047	17
0,177	0,155	0,77	0,88	0,0036	18
0,136	0,120	0,77	0,88	0,0028	19

Die vorliegende Erfindung in ihren mehreren Ausführungsformen hat typischerweise die Antenne strukturell geteilt in zwei Abschnitte auf jeder Seite eines Befestigungsmediums, wie eine zweiseitige PCB. Die zweiseitige gedruckte Schaltplattenausführungsform bietet Platz für die exemplarisch unten beschriebene Zufuhr. Das heißt, die Zufuhrübertragung vom Mikrostreifen zu den strahlenden Elementen kann erzeugt werden mit einem dielektrischen Medium wie eine zweiseitig bedruckte Schalterplatte und ein sich verjüngender Boden. Zusätzlich zu den vielfältigen Zufuhrausführungsformen kann die zweiseitige PCB-Struktur und Material zusätzliche Mittel bereitstellen, durch welche die Antennenimpedanz der einigen Antennenausführungsformen gesteuert werden kann, z.B. durch Variation der Materialdicke und durch Auswahl der dielektrischen Konstanten des PCB.
Aufgrund der Feldbeschränkungen innerhalb des dielektrischen Materials kann hohe Leistung, hohe Frequenz der alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die erhöhten Störungscharakteristiken der höheren Frequenz ausnützen, d.h. die kleinere Wellenlänge, und den Abschnitt der Antennen.
4 zeigt eine exemplarische Aufstellung zweier logarithmisch-periodischer Mikrostreifenanordnungen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die benachbart zueinander sind und so orientiert, dass das Laufphasenzentrum 415 einer ersten Antenne 410 im Wesentlichen entgegengesetzt dem Laufphasenzent rum 425 der zweiten Antenne 420 ist, und kann im Wesentlichen als einzelnes kombiniertes Antennenelement empfangen oder übertragen. Diese entgegengesetzten Laufphasenzentrumsrichtungen sind typischerweise versetzt, was diese kombinierten Elemente anpasst an die Richtung zum Finden von Zielen außerhalb der Ebene der Elemente, d.h. der Empfang von RF-Energie mit Ankunftswinkeln im Wesentlichen außerhalb der Achsen 415 und 425 der entgegengesetzten Laufphasenzentren.
5A zeigt eine exemplarische Ausführungsform, in der das PCB zwei MSLPAs mit ihren Zufuhren auf der illustrierten oberen Oberfläche oder oberen Seite hat und ihre entsprechend ausgerichteten Bodenebenen auf der gegenüberliegenden Oberfläche oder unteren Seite des PCB, wobei jede eine Antenne bildet und sie zusammen eine Antennenanordnung auf dem PCB bilden. 5A zeigt exemplarische Zufuhrzungen 510 und eine zweite Zufuhrzunge 520, d.h. eine für jede Antenne. Zum Beispiel kann der innere Draht oder Leiter 523 einer koaxialen Zufuhrleitung gelötet sein oder anderweitig in elektrische Verbindung mit der Mikrostreifenzufuhrleitung 512, 522 gebracht werden und verlötet oder anderweitig in elektrische Verbindung mit der Bodenebene gebracht werden, sobald sie innerhalb der Gabel 511 oder 521 jeder Zufuhrzunge ist. Wie durch 5B gezeigt, eine Querschnittsansicht von 5A an der zweiten Zunge 520, kann der äußere Leiter 524 des koaxialen Leiters typischerweise ebenso Gleichstromkontakt mit der Bodenebene 210 haben, welche exemplarisch gezeigt ist auf der unteren Seite des PCB 120, und der innere Draht 523 hat typischerweise ebenso Verbindung mit der Mikrostreifenzufuhrleitung 522, welche exemplarisch gezeigt ist auf der oberen Seite des PCB 120. Ein weiteres Detail des planaren Vorsprungs der Umrandung eines exemplarischen gekrümmten Abschnitts der Mikrostreifenzufuhrleitung relativ zu dem planaren Vorsprung der Umrandung eines exemplarischen gekrümmten, sich verjüngenden Bodenübergangs wird unten beschrieben und in 8A gezeigt.
Befestigung
Die Antennenanordnungselemente der mehreren Ausführungsformen können befestigt werden über einem geerdeten Hohlraum oder einem anderen empfangenden Element, das sowohl Erdung und Zufuhrleitungen bereitstellt, wie das oben beschriebene koaxiale Leiterbeispiel.
In 6 ist ein exemplarischer Hohlraum gezeigt mit einer unteren Oberfläche 610, die aus Metall gebildet sein kann, z.B. Stahl, Titan oder Aluminium oder verschiedenen Metalllegierungen, wobei ein Radiofrequenzabsorberelement 620 oder ein Blech zwischen die Hohlraumoberfläche und die untere Seite, wie die Bodenebene 210 der Antennenanordnungselemente, eingesetzt werden kann. Zusätzlich kann ein niedriges dielektrisches Material, eingesetzt als Schaum oder bienenwabenartiges Element 630, welches zwischen das Radiofrequenzabsorberelement und die untere Seite 210 der Antennenanordnungselemente eingesetzt werden kann.
Das Antennenanordnungselement 100, ein Absorberschichtelement 620 und ein niedriges dielektrisches Element und das Antennenanordnungselement können miteinander verbunden werden. Für umgebungstechnisch herausfordernde Umgebungen, wie sie z.B. in feuchtigkeitsbelasteter Atmosphäre mit hohen dynamischen Drücken, ausgestattet mit Ultraschallgeschwindigkeiten, angetroffen werden, kann eine Abdeckung 640, Haut oder Kuppel verwendet werden, um alles oder einen Abschnitt des Oberteils 125 oder eines auswärts gerichteten Abschnitts des Antennenanordnungselements abzuschirmen oder zu schützen oder anderweitig zu bedecken, wobei ein abgedeckter Abschnitt, welcher die obere Seite 125 des dielektrischen Materials 120 einschließen kann, dabei einen Bereich abdeckt, der anderweitig in direktem umwelttechnischen Kontakt mit z.B. freiem Raum sein kann oder würde. Die Mikrostreifenleitungsanordnung der oberen Seite und der Bodenebenenschlitze der unteren Seite der Anordnung kann hergestellt werden auf einem gering dielektrischen Substrat mit geringem Verlust, z.B. RT 5880 DUROID^TM, ein Substrat, welches beziehbar ist von Rogers Corporation, Advan ced Circuit Materials, of Chandler, Arizona, oder hergestellt werden kann aus ähnlich niedrig-dielektrischen Materialien mit Dicken von um 15 mils, zum Beispiel. Andere Dickenbereiche können verwendet werden in Abhängigkeit der Eigenschaften des niedrig-dielektrischen Materials und des gewünschten Spaltes 310 (3B). Zusätzlich kann ein Hohlraumresonanzabsorber wie ein flexibles, Ferrit-geladenes, elektrisch nicht leitendes Silikonblatt verwendet werden innerhalb einer Hohlraumbefestigung. Wenn der Hohlraum aus Metall gebildet ist oder eine metallisierte oder elektrisch leitfähige Oberfläche hat, kann die Antennenanordnung in elektrischen Kontakt mit der Hohlraumoberfläche kommen, wobei die Hohlraumoberfläche als die Basisbodenebene der Antennenanordnung dienen kann. Zusätzlich können die zweiseitigen PCB-Anordnungen der Anordnung die Fähigkeit aufweisen, durch Auswahl die Impedanz durch Auswahl aus Variationen von PCB-Materialdicke und ihren jeweiligen dielektrischen Konstanten zu steuern.
Das im Wesentlichen planare Profil der Antennenanordnung kann einige Krümmung aufweisen und kann, egal ob flach oder mit Kontur, konform befestigt sein. In diesen Geometrien, die konformes Befestigen um einen Krümmungsradius erfordern, sind die schrägen Ränder der anderweitig typisch trapezförmigen Dipolelemente selber typisch gekrümmt, um eine gekrümmte, gedruckte Schalterplattenoberfläche zu beherbergen, die dann konform zu einer ausgewählten Befestigungsgeometrie sein kann.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung haben Gain- und Mustereigenschaften, welche typischerweise robust sind in Bezug zu dem Einfluss der Hohlraumtiefe auf die Elemente. Zum Beispiel beeinflusst ein Hohlraum mit einer absorberüberzogenen unteren Oberfläche und Metallrückseite nebensächlich die Antennen-Gain- und -Muster-Eigenschaften, wobei die Hohlraumtiefe minimal 0,1 lambda ist, d.h. ein Zehntel einer Wellenlänge der fraglichen Frequenz. In anderen Worten können die exemplarischen Ausführungsformen gestaltet sein, um einen leichten Verlust durchzumachen von Antermen-Gain- oder Antennen-Gain- Winkelmusterverformung für Hohlräume kleiner als ein Zehntel lambda mit einem entsprechenden Wechsel in dem Stehwellenverhältnis (VSWR).
Mikrostreifenzufuhrstruktur
Einige Hochenergie-, Hochfrequenzanwendungen dieser einigen Ausführungsformen können eine Zunahme in den Störfallcharakteristiken des Hochfrequenzabschnitts der Elemente durchmachen. Diese exemplarischen Zufuhrstrukturausführungsformen beherbergen bereits Elemente, die arbeiten zwischen Frequenzen unter X-Band ebenso wie in dem Ka-Band. Um Strukturen in dem oberen Ka-Band zu beherbergen, werden typischerweise Mikroätztechniken verwendet. Bei diesen höheren Frequenzen werden Materialdicken typischerweise reduziert im Vergleich zu X-Band-beherbergenden Antennenausführungsformen.
Jedes der Antennenanordnungselemente schließt typischerweise ein eine Mikrostreifenzufuhrstruktur, die das zweiseitige Antennenanordnungselement teilt und versorgt. Einige Ausführungsformen der Zufuhrstruktur kombinieren Mikrostreifenversorgungsleitungen mit einer verjüngten Bodenübertragung und dem zweiseitigen Antennenelement. Typischerweise schließt die Versorgungsstruktur ein eine Mikrostreifenzufuhrleitung mit einem verjüngten Bodenübergang. 7 zeigt einen exemplarischen, gekrümmten, sich verjüngenden Bodenübergang 710 des letzten Elements (z.B. ein hohes oder höchstes Frequenzelement) des MSLPA. Der Übergang von dem letzten Schlitzelement 720 zu der Zufuhrübertragungsleitung verjüngt sich in dieser exemplarischen Art teilweise, um VSWR-Effekte zu minimieren und den Übergang vom Mikrostreifen zu dem Antennenelement weiterzuführen. Die Zufuhrübertragungsleitung ist in dieser exemplarischen Ausfünhrungsform auf einen Punkt 740 hin verjüngt. Zusätzlich kann die Basis der Schlitzzufuhrübertragungsleitungsverjüngung sich in der Richtung der exemplarischen Zufuhrleitungszunge 510, 520 krümmen, um scharfe Winkel zu minimieren, die ansonsten sich aufstellen können, was unerwünschte oder schädliche aktive Abschnitte sein können.
8A zeigt die exemplarische Mikrostreifenzufuhrleitung 810, wie sie sich von der Zufuhrleitungszunge 510 zu der Basis des MSLPA 820 krümmt, wo die Zufuhrleitung aus dem letzten Element des MSLPA sich aufweitet. Das letzte Element 830 ist in diesem Beispiel teilweise verjüngt, um Zufuhrpunktstrahlung zu minimieren und um das letzte Element daran zu hindern, mit dem nächsten Element sich anzuordnen, um einen Abstrahlungsstrahl für diesen Bereich zu bilden und dementsprechend eine Eingabeübereinstimmung über die Basiselemente mit fehlender verjüngter Zufuhrleitung zu verbessern. Diese Verjüngung oder abnehmende Breite des Übergangs von dem letzten Schlitzelement 720 zu der Schlitzzufuhrübertragungsleitung 710 kann die Schlitzbreite oder Umrandung der Schlitzzufuhrübertragungsleitung dazu bringen, in einem planaren Vorsprung senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche oder zu lokalen Oberflächenbereichen des dielektrischen Mediums 120 einzufallen, wie mit 850 bezeichnet, auf welches die geschlitzte Bodenebene 210 befestigt ist, wobei der Grundriss der exemplarischen Mikrostreifenzufuhrleitung 810, welche innerhalb eines Vorsprungs der Umrandung der Mikrostreifenzufuhrleitung 810 senkrecht zu der Oberfläche oder zu den lokalen Oberflächenregionen des dielektrischen Mediums 120 sein soll, an die die Mikrostreifenzufuhrleitung 810 befestigt ist. Das letzte Element in diesen exemplarischen Ausführungsformen hat typischerweise keinen schädlichen Schlitz in seiner Umrandung. Ebenso in dieser Ansicht gezeigt ist die relative Orientierung der exemplarischen Mikrostreifenzufuhrleitung 810 und des gekrümmten, sich verjüngenden Bodenübergangs 710 entlang mit seiner exemplarischen Endspitze 740, die in einem planaren Vorsprung planar zu der lokalen Oberfläche innerhalb des Grundrisses ist oder Umrandung der exemplarischen Mikrostreifenzufuhrleitung 810, d.h. innerhalb eines Vorsprungs der exemplarischen Mikrostreifenzufuhrleitung 810 senkrecht zu der lokalen Oberfläche. Dementsprechend, wenn im Grundriss betrachtet und hervorstehend über das eingesetzte dielektrische Medium 120, haben die Antennenausführungsformen eine gekrümmte, elektrisch leitfähige Zufuhrleitung 810 und eine im Wesentlichen flächengleiche gekrümmte Schlitzübertragungsleitung 710 für einen Ab schnitt des Laufs der Mikrostreifenzufuhrleitung 810. 8B zeigt in einer Querschnittsansicht die exemplarische Mikrostreifenzufuhrleitung 810, wie sie sich von der Zufuhrleitungszunge 510 zu der Basis des MSLPA 820 krümmt, wo die Zufuhrleitung aus dem letzten Element des MSLPA sich aufweitet. Ebenso in dieser Ansicht gezeigt ist der verjüngte Bodenübergang 710, der an dem Spitzenrand 840 endet.
Empfang, Übertragung und Übermittlung
Die Antennenanordnungsausführungsformen der vorliegenden Erfindung können bereitstellen eine im Wesentlichen konstante vorwärtsgerichtete Richtwirkung, typischerweise mit nur geringen oder anderweitig im Betrieb vernachlässigbaren Wechseln der Strahlbreite und Leisten einer Antennenanordnung mit vorwärts und nach hinten blickenden Elementen gleicher oder nahezu gleicher Leistung. Um die Leistung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu zeigen, wurden die Antennenanordnung von vorwärts orientierten und rückwärts orientierten Elementanordnungen, bei denen die MSLPAs fünfzehn trapezförmige Dipolelemente haben, d.h. Zähne, und ein sich verjüngendes trapezförmiges Basisdipolelement getestet. 9 zeigt ein Antennen-Gain-Muster 900 in dB als eine Funktion des Strahlwinkelmusters, erzeugt durch Messungen bei einer niedrigen Frequenz, d.h. gerichtete Radiofrequenzen mit dem Ziel, die größeren Dipolelemente anzuregen. 10 zeigt ein Antennen-Gain-Muster 1000 in dB als eine Funktion des Strahlwinkels erzeugt durch Messungen entlang einer mittleren Frequenz, d.h. gerichtete Radiofrequenzen mit dem Ziel, die Dipolelemente mit mittlerer Größe anzuregen.
Einige Antennenausführungsformen der vorliegenden Erfindung können verwendet werden, um RF-Signale zu senden, zu empfangen oder zu übertragen. Dementsprechend kann eine Anordnung von zumindest einem Paar im Wesentlichen frequenzunabhängiger planarer Antennenanordnungselemente funktionieren als eine empfangende Anordnung und können alternativ funktionieren als eine über tragende Anordnung oder eine übertragende und empfangende, d.h. die Anordnung kann als eine Übermittlungsanordnung funktionieren.
Daher muss es verstanden werden, dass die gezeigten Ausführungsformen dargelegt wurden rein als Beispiel und dass sie nicht als die Erfindung wie in den folgenden Ansprüchen definiert beschränkend angesehen werden soll.
Die Definitionen der Wörter oder Elemente der folgenden Ansprüche sind daher in dieser Beschreibung definiert, um nicht nur die Kombination von Elementen einzuschließen, welche wörtlich dargelegt sind, sondern alle äquivalenten Strukturen, Materialien und Vorgänge zum Durchführen der im Wesentlichen selben Funktion in der im Wesentlichen gleichen Art, um im Wesentlichen das gleiche Ergebnis zu erhalten. Zusätzlich zu den Äquivalenzen der beanspruchten Elemente sind offensichtliche Ersetzungen jetzt oder später einem Fachmann bekannt als innerhalb des Bereichs der definierten Elemente definiert.

Claims

Eine logarithmisch-periodische Antenne, aufweisend: ein erstes dielektrisches Element (120) mit einer ersten Oberfläche (125) und einer zweiten Oberfläche; einen ersten logarithmisch-periodischen Schlitz-Antennenabschnitt (200) mit einer Umrandung, wobei der erste logarithmisch-periodische Schlitz-Antennenabschnitt (200) auf der zweiten Oberfläche montiert ist; und einen ersten logarithmisch-periodischen Mikrostreifen-Antennenabschnitt (105) mit einer Umrandung mit Untergröße relativ zur Umrandung des ersten logarithmisch-periodischen Schlitz-Antennenabschnittes (200), wobei der erste logarithmisch-periodische Mikrostreifen-Antennenabschnitt (105) auf der ersten Oberfläche (125) montiert und nahe zu dem ersten logarithmisch-periodischen Schlitz-Antennenabschnitt (200) orientiert ist; wobei ein Vorsprung der Umrandung des ersten logarithmischperiodischen Mikrostreifen-Antennenabschnittes (105), senkrecht zu der ersten Oberfläche (125), und ein Vorsprung der Umrandung des ersten logarithmisch-periodischen Schlitz-Antennenabschnittes (200), senkrecht zu der zweiten Oberfläche, einen ersten Impedanzschlitz (311) begrenzen.
Logarithmisch-periodische Antenne nach Anspruch 1, bei welcher der erste logarithmisch-periodische Schlitz-Antennenabschnitt (200) eine Vielzahl von im Wesentlichen trapezförmigen Schlitz-Dipolen (220) aufweist, wobei die Schlitz-Dipole (220) im Wesentlichen quer zur einer Schlitz-Übertragungsleitung (230) sind.
Logarithmisch-periodische Antenne nach Anspruch 1, bei welcher der erste logarithmisch-periodische Mikrostreifen-Antennenabschnitt (105) eine Vielzahl von im Wesentlichen trapezförmigen Mikrostreifen-Dipolen (110) aufweist, wobei die Mikrostreifen-Dipole (110) im Wesentlichen quer zu einer Mikrostreifen-Übertragungsleitung (130) sind.
Logarithmisch-periodische Antenne nach Anspruch 3, bei welcher mindestens einer der Vielzahl von im Wesentlichen trapezförmigen Mikrostreifen-Dipolen (110) einen Schlitz (115) hat, der im Wesentlichen die Mikrostreifen-Übertragungsleitung (130) durchquert.
Eine logarithmisch-periodische Antennenanordnung, aufweisend: ein erstes Antennenelement (410) mit einem ersten Laufphasenzentrum gegenüber der Frequenz, ausgerichtet in einer ersten Richtung (415), wobei das erste Antennenelement (410) aufweist; ein erstes dielektrisches Element (120) mit einer ersten Oberfläche (125) und einer zweiten Oberfläche; einen ersten logarithmisch-periodischen Mikrostreifen-Antennenabschnitt (105), montiert auf der ersten Oberfläche (125), wobei der erste logarithmisch-periodische Mikrostreifen-Antennenabschnitt (105) eine Umrandung hat; und einen ersten logarithmisch-periodischen Schlitz-Antennenabschnitt (200), montiert auf der zweiten Oberfläche, wobei der erste logarithmischperiodische Schlitz-Antennenabschnitt (200) eine Umrandung hat und nahe zu dem ersten logarithmisch-periodischen Mikrostreifen-Antennenabschnitt (105) orientiert ist, wobei ein Vorsprung der Umrandung des ersten logarithmisch-periodischen Mikrostreifen-Antennenabschnitten (105), senkrecht zu der ersten Oberfläche (125), und ein Vorsprung der Umrandung des ersten logarithmisch-periodischen Schlitz-Antennenabschnittes (200), senkrecht zu der zweiten Oberfläche, einen ersten Impedanzschlitz (311) begrenzen; und ein zweites Antennenelement (420) nahe zu dem ersten Antennenelement (410), wobei das zweite Antennenelement (420) ein zweites Laufphasenzentrum gegenüber der Frequenz hat, ausgerichtet in einer zweiten Richtung (425) im Wesentlichen entgegengesetzt zu der ersten Richtung (415), wobei das zweite Antennenelement (420) aufweist: einen zweiten logarithmisch-periodischen Mikrostreifen-Antennenabschnitt (105), montiert auf der ersten Oberfläche (125), wobei der zweite logarithmisch-periodische Mikrostreifen-Antennenabschnitt (105) eine Umrandung hat; und einen zweiten logarithmisch-periodischen Schlitz-Antennenabschnitt (200), montiert auf der zweiten Oberfläche, wobei der zweite logarithmisch-periodische Schlitz-Antennenabschnitt (200) eine Umrandung hat und nahe zu dem zweiten logarithmisch-periodischen Mikrostreifen-Antennenabschnitt (105) orientiert ist, wobei ein Vorsprung der Umrandung des zweiten logarithmisch-periodischen Mikrostreifen-Antennenabschnittes (105), senkrecht zu der ersten Oberfläche, und ein Vorsprung der Umrandung des zweiten logarithmisch-periodischen Schlitz-Antennenabschnittes (200), senkrecht zu der zweiten Oberfläche, einen zweiten Impedanzschlitz (311) begrenzen.
Logarithmisch-periodische Antennenanordnung nach Anspruch 5, bei welcher der erste logarithmisch-periodische Schlitz-Antennenabschnitt (200) eine Vielzahl von im Wesentlichen trapezförmigen Schlitz-Dipolen (220) aufweist, wobei die ersten Schlitz-Dipole (220) im Wesentlichen quer zu einer ersten Schlitz-Übertragungsleitung (230) sind und wobei der zweite logarithmisch-periodische Schlitz-Antennenabschnitt (200) eine Vielzahl von im Wesentlichen trapezförmigen Schlitz-Dipolen (220) aufweist, wobei die zweiten Schlitz-Dipole (220) im Wesentlichen quer zu einer zweiten Schlitz-Ubertragungsleitung (230) sind.
Logarithmisch-periodische Antennenanordnung nach Anspruch 5, bei welcher der erste logarithmisch-periodische Mikrostreifen-Antennenabschnitt (105) eine erste Vielzahl von im Wesentlichen trapezförmigen Mikrostreifen-Dipolen (110) aufweist, wobei die ersten Mikrostreifen-Dipole (110) im Wesentlichen quer zu einer ersten Mikrostreifen-Übertragungsleitung (130) sind, und wobei der zweite logarithmisch-periodische Mikrostreifen-Antennenabschnitt (105) eine zweite Vielzahl von im Wesentlichen trapezförmigen Mikrostreifen-Dipolen (110) aufweist, wobei die zweiten Mikrostreifen-Dipole (110) im Wesentlichen quer zu einer zweiten Mikrostreifen-Übertragungsleitung (130) sind.
Logarithmisch-periodische Antennenanordnung nach Anspruch 7, bei welcher mindestens einer der ersten Vielzahl von im Wesentlichen trapezförmigen Mikrostreifen-Dipolen (110) einen ersten Schlitz (115) hat, welcher im Wesentlichen die erste Mikrostreifen-Übertragungsleitung (130) durchquert, und wobei mindestens einer der zweiten Vielzahl von im Wesentlichen trapezförmigen Mikrostreifen-Dipolen (110) einen zweiten Schlitz (115) hat, der im Wesentlichen die zweite Mikrostreifen-Übertragungsleitung (130) durchquert.
Logarithmisch-periodische Antenne, aufweisend: ein im Wesentlichen ebenes dielektrisches Substrat (120) mit einer ersten Oberfläche (125) und einer zweiten Oberfläche; eine erste logarithmisch-periodische Mikrostreifen-Anordnung (105) mit einer Vielzahl von Schlitz-Dipolelementen (110), befestigt an der ersten Oberfläche (125) des im Wesentlichen ebenen dielektrischen Substrats (120), wobei die Vielzahl der Dipolelemente (110) ein Basis-Mikrostreifenelement (830) aufweist; eine erste logarithmisch-periodische Schlitz-Anordnung (200) innerhalb einer Bodenebene (210), aufweisend eine Vielzahl von Dipolelementen (220) innerhalb der Bodenebene (210), wobei die Bodenebene (210) an der zweiten Oberfläche des im Wesentlichen ebenen dielektrischen Substrats (120) befestigt ist, wobei die Vielzahl der Dipolelemente (110) ein Basis-Schlitzelement (720) aufweist; eine erste elektrisch leitende Versorgungsleitung (512, 522, 810), befestigt an der ersten Oberfläche (125), geeignet, zu dem Basis-Mikrostreifenelement (830) zu übertragen, wobei die erste elektrisch leitende Versorgungsleitung (512, 522, 810) sich gekrümmt von dem Basis-Mikrostreifenelement (830) erstreckt; und eine erste Schlitz-Übertragungsleitung (710), gebildet von einem Schlitzabschnitt, der sich gekrümmt mit abnehmender Breite von dem Basis-Schlitzelement (720) erstreckt.
Logarithmisch-periodische Antenne nach Anspruch 9, bei welcher die erste elektrisch leitende Versorgungsleitung (512, 522, 810) sich mit einem verjüngten Übergang von dem Basis-Mikrostreifenelement (830) erstreckt.
Logarithmisch-periodische Antenne nach Anspruch 9, bei welcher die Breite eines Vorsprungs einer Umrandung der ersten Schlitz-Übertragungsleitung (720), senkrecht zu der zweiten Oberfläche, zu einem Punkt (740) innerhalb eines Vorsprungs einer Umrandung der ersten elektrisch leitenden Versorgungsleitung (512, 522, 810), senkrecht zu der ersten Oberfläche (125), abnimmt.