NL1019022C2 - Door een patch gevoede gedrukte antenne. - Google Patents

Description

Door een patch gevoede gedrukte antenne

De uitvinding heeft betrekking op een gedrukte antenne, gevoed door een patch. Meer in het bijzonder heeft ze betrekking op een gedrukte antenne met twee polarisaties en op een array van deze antennes.

Gedrukte antennes zijn licht en nemen weinig plaats in. Ze 5 kunnen in grote series worden vervaardigd, waardoor ze goedkoop zijn. Ze worden voor verschillende doeleinden gebruikt, zoals voor TV ontvangst via een satelliet (ontvangstantenne), voor telecommunicatie (zendantennes/ ontvangstantennes), voor toepassing aan boord van objecten, zoals satellieten, vliegtuigen of raketten en voor draagbare uitrusting zoals een 10 kleine draagbare radar of radiosonde.

Een gedrukte antenne bestaat doorgaans uit een opeenstapeling van lagen. De bovenste laag is een stralende laag. De stralende laag bevat een of meer stralende elementen. Deze stralende elementen kunnen geleidende patches zijn, doorgaans vierkant, rechthoekig of circulair van 15 vorm. Men gebruikt vaak een geleidend aardvlak, geplaatst onder de stralende laag, daarvan geïsoleerd met behulp van een of meer dielectrische lagen. Het aardvlak doet dan dienst als een spiegel, om de straling te beperken tot de ervóór gelegen ruimte. De dielectrische laag kan lucht zijn of een substraat, zoals schuim.

20 Er zijn verschillende manieren om een stralende patch te voeden.

De meest gebruikte zijn: - voeding via een microstriplijn die in verbinding staat met de stralende patch « microstrip fed », - voeding via een coaxiale kabel, waarbij de geleidende kern van de kabel 25 in verbinding staat met de stralende patch en de geleidende mantel van de kabel in verbinding staat met het aardvlak « coaxial fed », - aankoppeling aan een lijn, geplaatst tussen de stralende patch en het geleidende aardvlak « microstrip coupled », - of koppeling met een stralende opening « apeture/slot coupled » in het 30 geleidende aardvlak, waarbij een voedingslijn is geplaatst onder de opening, welke voedingslijn is geïsoleerd van het aardvlak met behulp van een dielectrische laag. De voedingslijn kan worden afgeschermd door 2 er onder een aardvlak toe te voegen, waarmee een drielaags lijn wordt gevormd « strip line ».

De voeding via een microstriplijn, verbonden met de patch 5 « microstrip fed » of via een coaxiale kabel «coaxial fed » is niet symmetrisch, waardoor parasitaire hogere modes zullen worden opgewekt en waardoor kruispolarisatie zal ontstaan. De koppeling met een microstrip kan symmetrisch worden gemaakt, maar daardoor ontstaan verliezen, de assemblage is kostbaarder en er ontstaan layout problemen, met name bij 10 array antennes.

Deze problemen kunnen worden opgelost door de patch via een stralende opening te koppelen « apeture/slot coupled ». Daarmee wordt wel het probleem verschoven naar het voeden van de stralende opening zelf. Het is inderdaad zo dat de koppeling tussen een lijn en een stralende opening 15 parasitaire straling opwekt. Die parasitaire straling is bovendien extra hinderlijk bij array antennes, omdat ze parasitaire koppelingen tussen de stralende elementen kunnen veroorzaken. Bovendien hebben deze antennes een kleine bandbreedte.

Voor antennes met twee polarisatierichtingen wordt de 20 voedingsinrichting complex en duur, want de voedingslijnen moeten onderling worden geïsoleerd op plaatsen waar ze elkaar kruisen. Een dergelijke antenne is bijvoorbeeld beschreven in octrooiaanvrage US 5,448,250. De voedingslijnen worden daar op plaatsen waar ze elkaar kruisen geïsoleerd met behulp van isolerende bruggen. Een dergelijke 25 structuur ligt niet in één vlak, ze is niet symmetrisch en ze is complex en kostbaar. Bovendien kan er op het kruispunt van twee lijnen een parasitaire koppeling ontstaan. Tenslotte is er nog het probleem van de isolatie tussen de twee aansluitpunten corresponderend met de twee polarisatierichtingen.

De uitvinding heeft met name tot doel aan deze in de stand van de 30 techniek bestaande bezwaren tegemoet te komen. Meer nauwkeurig is het doel van de uitvinding een gedrukte antenne te verschaffen waarvan het stralende element op een effectieve wijze wordt gevoed, zonder dat daarbij parasitaire straling wordt opgewekt en dat met een grote doorlaatband.

35 Daartoe is de antenne volgens de uitvinding tenminste voorzien van: 3 (a) een geleidend aardvlak, met daarin een stralende opening, welke stralende opening is ingericht om te stralen in de boven het vlak liggende ruimte; (b) een geleidende voedingspatch, geplaatst onder de stralende opening 5 en geïsoleerd door een dielectrische laag, zodanig dat de patch is gekoppeld met de stralende opening om de stralende opening te voeden, zonder dat parasitaire straling wordt opgewekt.

Volgens een voordelige uitvoeringsvorm wordt de verticale projectie van de stralende opening althans in hoofdzaak omvat door de 10 voedingspatch.

Volgens een voordelige uitvoeringsvorm bevat de antenne bovendien: (c) een tweede geleidend aardvlak, geplaatst onder de voedingspatch en geïsoleerd door een dielectrische laag, zodanig dat samen met de 15 voedingspatch een drielaags samenstelling wordt gevormd.

Volgens een voordelige uitvoeringsvorm bevat de antenne bovendien: (d) een of meer geleidende resonerende patches, geplaatst vóór de stralende opening en geïsoleerd door dielectrische lagen, zodanig dat ze zijn 20 gekoppeld met de stralende opening, om te heruitstralen in de bovenliggende ruimte.

De uitvinding heeft tevens betrekking op het ontwerpen van antennes met twee polarisatierichtingen. Daarbij is, volgens een gunstige uitvoeringsvorm, de voedingspatch althans in hoofdzaak symmetrisch ten 25 opzichte van een as en zijn twee voedingslijnen symmetrisch ten opzichte van die as bevestigd aan de symmetrische patch, welke lijnen zijn bestemd om gelijktijdig in fase of in tegenfase te worden gevoed om twee mogelijke polarisaties te kunnen produceren.

30 Voor deze toepassing is volgens een voordelige uitvoeringsvorm de voedingspatch althans in hoofdzaak vierkant uitgevoerd en zijn de twee voedingslijnen op twee opeenvolgende zijden aangesloten. Hiermee kunnen twee lineaire, onderling zeer nauwkeurig loodrechte polarisatierichtingen worden gerealiseerd.

4

Voor deze toepassing zijn volgens een gunstige uitvoeringsvorm de voedingslijnen verbonden met een magic T, waarbij de som- en verschilingangen van de magic T de ingangen vormen, onafhankelijk voor elke polarisatie. Op die wijze kan de isolatie tussen de twee 5 corresponderende ingangen voor de twee polarisatierichtingen worden verbeterd. Bij voorkeur is de magic T van het rat-race type.

De uitvinding is tevens van belang voor het ontwerpen van antenne arrays, die tenminste twee antennes bevatten zoals die hiervoor zijn gedefinieerd, voorzien van alle of een deel van de gunstige varianten.

Ί0 Volgens een gunstige uitvoeringsvorm omvat de array antenne een voedingsnetwerk, gedrukt op het vlak van de voedingspatches.

Volgens een gunstige uitvoeringsvorm omvat de array antenne een voedingsnetwerk, gedrukt op een ander vlak dan het vlak waarop de voedingspatches zijn geplaatst, geïsoleerd van dit laatste vlak door een 15 dielectrische laag, een aardvlak en een andere dielecrische laag, geplaatst aan de andere zijde van het aardvlak, en verbonden met het vlak van de voedingspatches door verticale verbindingen dóór het aardvlak en de dielectrische lagen. Bij voorkeur zijn daarbij de verticale verbindingen afgeschermd uitgevoerd.

20 De voornaamste voordelen van de uitvinding zijn dat ze eenvoudig te realiseren is, dat ze modulair is en dat ze relatief goedkoop is.

De onderhavige uitvinding zal beter worden begrepen bij het lezen van een gedetailleerde beschrijving van een mogelijke uitvoeringsvorm, die strikt als een niet limitatief voorbeeld moet worden gezien en die wordt 25 geïllustreerd met behulp van de volgende figuren, waarbij: - figuur 1 in perspectief in een explosietekening een voorkeursuitvoering van de uitvinding weergeeft; - figuur 2 een bovenaanzicht van de antenne elementen weergeeft zoals getoond in figuur 1; 30 - figuur 3 en 4 de oppervlaktestromen en de polariteit van de geïnduceerde spanningen weergeven in een voedingspatch zoals getoond in figuur 2; - figuur 5 als functie van de frequentie in twee krommen de verandering van de amplitude van de coëfficiënten van de dispersiematrix van de antenne zoals getoond in figuur 1 weergeeft; 5 - figuur 6 in perspectief in een explosietekening een voorkeursuitvoering van een array antenne volgens de uitvinding weergeeft; - figuur 7 in perspectief in een explosietekening een voorkeursuitvoering van een antenne volgens de uitvinding weergeeft, waarbij de 5 voedingslijnen zijn aangesloten aan een magic T van het type «ratrace »; - figuur 8 in bovenaanzicht de antenne elementen zoals getoond in figuur 7 weergeeft; - figuur 9 in perspectief in een explosietekening een detail van de antenne 10 zoals getoond in figuur 7 weergeeft; - figuur 10 als functie van de frequentie in twee krommen de verandering van de amplitude van de coëfficiënten van de dispersiematrix van de antenne zoals getoond in figuur 7 weergeeft; - figuur 11 in bovenaanzicht een detail van het antenne array zoals getoond 15 in figuur 12 weergeeft; - figuur 12 in bovenaanzicht twee lagen weergeeft die overeenkomen met een voorkeursuitvoering van een antenne array volgens de uitvinding, welke lagen een gedrukt voedingsnetwerk vormen waarmee een grote array antenne kan worden gerealiseerd en waarbij het voedingsnetwerk 20 deels is gedrukt op de laag waarop zich de voedingspatches bevinden en deels op de laag waarop zich de rat-races bevinden.

In de hierna volgende beschrijving beschouwen we een gedrukte antenne met twee polarisatierichtingen, waarmee twee orthogonale 25 polarisaties kunnen worden gerealiseerd. Het is echter duidelijk dat de uitvinding ook kan worden toegepast voor andere typen antennes. Een antenne met slechts een polarisatierichting is in feite een vereenvoudigde vorm hiervan. Een antenne met circulaire polarisatierichting kan er van worden afgeleid door bij een van de polarisatierichtingen een fasedraaiing 30 van 90° toe te voegen.

Zoals weergegeven in figuur 1 en 2 en overeenkomstig een voorkeursuitvoering bevat de gedrukte antenne volgens de uitvinding ten minste: 6 (a) een geleidend aardvlak 3, met daarin een stralende opening 4, welke stralende opening is ingericht om te stralen in de boven het vlak liggende ruimte; (b) een geleidende voedingspatch 6, geplaatst onder de stralende opening 5 4 en geïsoleerd door een dielectrische laag 5, zodanig dat de patch is gekoppeld met de stralende opening om de stralende opening te voeden, zonder dat parasitaire straling wordt opgewekt.

De stralende opening 4 kan een opening in aardvlak 3 zijn in de 10 vorm van een kruis, gevormd door twee gleuven 4a en 4b. Deze gleuven kunnen dezelfde lengte en dezelfde breedte hebben en onderling loodrecht zijn aangebracht, waarbij ze elkaar in het midden snijden. De gleuven kunnen bijvoorbeeld een lengte hebben van 44 mm en een breedte van 4 mm.

Omdat de stralende opening 4 wordt gevoed door een patch en niet door lijnen, vermijdt men het ontstaan van parasitaire straling en van koppeling tussen de lijnen. Om dit effect te bereiken wordt de afmeting van de patch afhankelijk van de afmeting van opening 4 gekozen. Hoe groter voedingspatch 6 wordt gekozen, hoe kleiner de parasitaire straling aan zijn 20 randen zal zijn. Bij voorkeur wordt de verticale projectie van de stralende opening 4 zo gekozen dat hij binnen de voedingspatch 6 valt.

De afmetingen van de stralende opening 4 en van de voedingspatch 6 kunnen als functie van de gebruikte frequentieband worden gekozen. Daarbij kan worden opgemerkt dat de uitvinding het mogelijk maakt 25 om bij volledig identieke afmetingen een grotere bandbreedte te realiseren dan met bestaande technieken.

De voedingspatch kan bijvoorbeeld althans nagenoeg vierkant worden uitgevoerd. De zijkanten van dit vierkant kunnen parallel worden geplaatst aan de twee orthogonale richtingen bepaald door het kruis 4. De 30 middelpunten van vierkant 6 en kruis 4 kunnen daarbij samenvallen in het horizontale vlak. Het vierkant kan bijvoorbeeld zijden hebben van 56 mm.

Bij voorkeur bevat de antenne bovendien: 7 (c) een tweede geleidend aardvlak 9, geplaatst onder de voedingspatch 6 en geïsoleerd door een dielectrische laag 8, zodanig dat samen met de voedingspatch een drielaags samenstelling wordt gevormd.

Het tweede aardvlak maakt het mogelijk de antennestraling naar 5 de bovenliggende ruimte te reflecteren, om aldus het rendement van de antenne te vergroten. Ook zorgt het voor een afscherming tussen de voedingspatches en eventuele onderliggende lagen.

De dielectrische lagen 5 en 8 kunnen uit lucht bestaan of uit lagen substraat, zoals bijvoorbeeld schuim. Men kan bijvoorbeeld twee lagen 10 schuim benutten met een dikte van 3 mm, en een dielectrische constante van 1,06.

Bij voorkeur bevat de antenne bovendien: (d) een of meer geleidende resonerende patches, geplaatst vóór de stralende opening en geïsoleerd door dielectrische lagen, zodanig dat 15 ze zijn gekoppeld met de stralende opening, om te heruitstralen in de bovenliggende ruimte.

De antenne zoals weergegeven in figuur 1 bevat 7 lagen, 4 geleidende lagen en 3 dielectrische lagen. Vanuit de bovenste laag naar beneden gaand wordt aangetroffen: 20 - een geleidende laag, gevormd door een geleidende stralende patch 1; - een dielecrische laag 2; - een geleidende laag, gevormd door een aardvlak 3, welke de stralende opening 4 bevat; - een dielectrische laag 5; 25 - een geleidende laag, gevormd door de geleidende voedingspatch 6; - een dielectrische laag 8; en, - een geleidende laag, gevormd door het tweede aardvlak 9.

Om de nauwkeurigheid van de polarisatie te verbeteren wordt de stralende patch 1 bij voorkeur nagenoeg vierkant uitgevoerd. De afmetingen 30 van deze patch komen overeen met de resonantiefrequentie.

Bij voorkeur wordt de verticale projectie van de stralende opening althans in hoofdzaak wordt omvat door de voedingspatch. Een zijde van de stralende patch 1 heeft bijvoorbeeld een lengte van 48 mm, en laag 2 bestaat bijvoorbeeld uit schuim met een dikte van 10 mm en een dielectrische 35 constante van 1,06.

8

Bij voorkeur zijn een aantal stralende patches van hetzelfde type gestapeld op patch 1 om de bandbreedte te vergroten. Natuurlijk zijn de stralende patches gescheiden door lagen dielectricum.

De voedingspatch 6 kan zijn verbonden met twee voedingslijnen 5 7a en 7b. De uiteinden Pi en P2 van de lijnen 7a en 7b kunnen de voedingspunten van de antenne vormen. Deze voedingspunten P1( P2 zijn bijvoorbeeld verbonden met een connector (niet getoond), die op zijn beurt is verbonden met een coaxiale kabel.

Zoals weergegeven in de figuren 3 en 4 zijn overeenkomstig een 10 voorkeursuitvoering de voedingslijnen 7a en 7b symmetrisch ten opzichte van een symmetrie as A van de voedingspatch 6. Ze worden gelijktijdig gevoed om de ene of de andere polarisatie te produceren. Door de lijnen in fase met dezelfde amplitude toe voeden, zoals aangegeven in figuur 3, krijgt men een eerste polarisatie E„ (polarisatie van het elektrische veld), de 15 parallelle polarisatie genoemd. De oppervlaktestromen, weergegeven door onderbroken lijnen, zijn symmetrisch ten opzichte van as A. De geproduceerde polarisatie is dus parallel aan de symmetrieas A. Door de patches in tegenfase te voeden, zoals weergegeven in figuur 4, verkrijgt men een tweede polarisatie Elt de loodrechte polarisatie genoemd. De 20 oppervlaktestromen snijden de symmetrieas A loodrecht. De geproduceerde polarisatie staat dus loodrecht op de symmetrieas A.

Met andere woorden, de twee voedingspunten Pi en P2 kunnen zowel worden gebruikt om de twee lijnen in fase te voeden als ook om de twee lijnen in tegefase te voeden. Daardoor kan een eerste polarisatie E„ 25 worden geproduceerd als de lijnen in fase worden gevoed en een tweede polarisatie Ex als de lijnen in tegenfase worden gevoed. Dank zij deze gelijktijdige voeding is de voeding van de antenne symmetrisch en wordt een nauwkeurige polarisatie verkregen. In het navolgende wordt gerefereerd aan de figuren 1 tot 4. Bij voorkeur zijn de voedingslijnen 7a en 7b verbonden met 30 twee opeenvolgende zijden van het vierkant dat de voedingspatch 6 vormt. Met andere woorden, de symmetrieas A ten opzichte waarvan de voedingslijnen zijn geplaatst, is een diagonaal van het vierkant. De vierkanten die de voedingspatch 6 en de stralende patch 1 vormen, zijn onderling 45° gedraaid in het horizontale vlak. Anders gezegd, de diagonalen 9 van het vierkant dat de voedingspatch 6 vormt lopen parallel aan de zijden van de stralende patch 1.

In het navolgende wordt gerefereerd aan figuur 5 waarin als functie van de frequentie krommen zijn weergegeven voor de verandering 5 van de amplitude van de coëfficiënten van de dispersiematrix van de antenne weergegeven in figuur 1. Ter herinnering, de dispersiematrix (ook wel repartitiematrix genoemd) maakt het mogelijk de karakteristieken te bepalen van uitgaande golven, uitgaande van de golven die de structuur binnenkomen. Bezien we de structuur met twee ingangen Pi en P2, gevormd 10 door de antenne zoals weergegeven in figuur 1. Laat ei en e2 de golven zijn die binnenkomen bij Pi en P2. Laat Si en s2 de golven zijn die Pi en P2 verlaten. Verder zijn Sn, Si2, S2i, S22 de coëfficiënten van de dispersiematrix. Deze matrix stelt ons in staat om, uitgaande van ei en e2, Si en s2 op de volgende wijze te bepalen: S1 S-11 S12 ei ^ s ~ S S e “2 J L°21 °22 J L°2_

Omdat de structuur geen niet-reciproke elementen bevat, zoals ferrieten, is de dispersiematrix symmetrisch. Anders gezegd, de transmissiecoefficienten tussen de twee ingangen zijn onafhankelijk van de richting, wat blijkt uit de gelijkheid van de coëfficiënten Si2 en S2i. Bovendien 20 is de structuur symmetrisch ten aanzien van de ingangen Pi en P2, zodat de coëfficiënten Sn en S22 gelijk zijn.

In figuur 5 zijn twee curven Sn en Si2 weergegeven, met de amplitude in dB langs de ordinaat en de frequentie in GHz langs de abscis. Kromme Sn (gelijk aan S22) is een maat voor de reflecties. Ter herinnering, 25 een reflectie van -10 dB komt overeen met een staande golf verhouding van 2,0. Kromme Sn blijft op een lager niveau dan -10 dB tussen de twee punten Mi en M2 van deze kromme. De punten N/L en M2 zijn geplaatst bij respectievelijk 9 en 11,25 GHz. Anders gezegd, de transmissieband die overeenkomt met een staande golf verhouding kleiner dan 2,0 is 9 - 11,25 30 GHz. Tussen deze twee punten blijft het maximum M3 van de curve Si2 (gelijk aan S2i) lager dan -10 dB. Men heeft dus een structuur die enerzijds gunstige eigenschappen heeft ten aanzien van isolatie tussen zijn ingangen (curve S12 lager dan -10 dB) en die anderzijds weinig reflectie geeft (curve Sn lager dan -10 dB) in een gebied tussen 9 en 11,25 GHz.

10

De uitvinding heeft tevens betrekking op het ontwerpen van antenne arrays, die tenminste twee antennes omvatten zoals hiervoor gedefinieerd. Volgens de stand der techniek ontstaat er bij het ontwerp van antenne arrays een plaatsingsprobleem, want men moet de koppeling tussen 5 lijnen trachten te voorkomen. Voor antennes met twee polarisatierichtingen is dit probleem nog veel belangrijken Het draait dan uit op complexe oplossingen waarin weinig vooruitgang valt te bespeuren. De antenne volgens de uitvinding maakt het mogelijk dit probleem op te lossen.

In het navolgende wordt gerefereerd aan figuur 6. Daar wordt een 10 voorbeeld getoond van een antenne array volgens de uitvinding. Het array bevat 7 antennes van het type zoals weergegeven in figuur 1. Deze antennes zijn gedrukt op dezelfde lagen en zijn geplaatst op een horizontale as (niet weergegeven). De voedingspatches kunnen zijn verbonden door een voedingsnetwerk 10a, 10b, gedrukt op dezelfde laag als de patches.

15 De voedingslijnen 7a kunnen onderling zijn verbonden door een deel 10a van het voedingsnetwerk. De voedingslijnen 7b kunnen onderling net zo zijn verbonden door het andere deel 10b van het voedingsnetwerk. Het voedingsnetwerk 10a, 10b zoals weergegeven in figuur 6 is een parallel voedingsnetwerk. Het spreekt voor zich dat ook een serieel voedingsnetwerk 20 kan worden toegepast. De lijnen die het voedingsnetwerk 10a, 10b vormen, zijn bevestigd aan al de aansluitingen (niet getoond in deze figuur).

De lijnen van het voedingsnetwerk veroorzaken geen parasitaire straling, want ze zijn gescheiden van de stralende elementen door het aardvlak 5. Omdat men zich niet langer zorgen hoeft te maken over de 25 parasitaire straling, is het ontwerp van het voedingsnetwerk vereenvoudigd. Anders gezegd, om antennes volgens de uitvinding samen te stellen tot een array antenne, is het voldoende om een voedingsnetwerk toe te voegen aan de laag met bijvoorbeeld de voedingspatches 6. De antennes volgens de uitvinding zijn dus zeer modulair, wat het mogelijk maakt eenvoudig en snel 30 een antenne array te ontwerpen, terwijl dit ontwerp eenvoudig verder kan evolueren.

Zoals weergegeven in de figuren 7 en 9 kan volgens een gunstige uitvoeringsvorm aan de weergegeven antennestructuur volgens figuur 1 eenvoudig een magic T worden toegevoegd. Ter verduidelijking zijn in figuur 35 7 de bovenste lagen die de stralende patch 1 bevatten en de dielectrische 11 laag 2 niet weergegeven. De voedingslijnen 7a en 7b zijn verbonden met de magic T13.

Ter herinnering, de magic T is een structuur met 4 ingangen (aangegeven met 1 tot 4) die op de volgende wijze door een dispersiematrix 5 zijn verbonden (zie figuur 7): 's;1 [ooi ίΐΓθΓ s'2 0 0 1-1 e' S3 "V? 1 10 0e' s'J L 1 "1 0 °JLe4.

De indices 1 en 2 komen overeen met ingangen die doorgaans som ingang en verschil ingang worden genoemd. Men gebruikt deze ingangen als nieuwe ingangen Pi’ en P2’ voor de antenne. Men verbindt de 10 twee andere ingangen (overeenkomend met indices 4 en 3) van de magic T met de lijnen 7a en 7b die naar de voedingspatch 6 gaan 6.

Als men som ingang PT (golf e!,) benut, krijgt men: - op lijn 7a, een golf in fase met de ingang, s'4 = ~^e\; - op lijn 7b, een golf in fase met de ingang, S3 = -j= e\.

15 Als men verschil ingang PT (golf e'2 ) benut, krijgt men: - op lijn 7a, een golf in tegenfase, s4 = --^e'2 - op lijn 7b, een golf in fase, s'3 = -^β'2

Men voedt dus de patch gelijktijdig of in fase of in tegenfase, afhankelijk van het feit of men de som ingang of e verschil ingang benut. De 20 magic T maakt het op die wijze mogelijk een enkele voeding te benutten voor het verkrijgen van elke polarisatie. Anders gezegd, de som ingang PT en de verschil ingang P21 vormen twee onafhankelijke ingangen voor de verschillende polarisatierichtingen van de antenne. Ingang PT komt overeen met een parallelle polarisatie Ey/. Ingang P2’ komt overeen met een 25 loodrechte polarisatie E±.

Men kan de dispersiematrix die overeenkomt met de antennestructuur volgens figuur 1 gebruiken om het gedrag van de antenne samen met de magic T te bepalen. De uitgaande golven s'3 en s'4van de magic T worden respectievelijk de inkomende golven β2 en ei van de 12 antenne zoals weergegeven in figuur 1. Evenzo worden de uitgaande golven s2 en Si de binnenkomende golven e'3 en e'4 van de magic T.

Als men som ingang PT (golf e!j) benut, krijgt men: -bij Pi’, een uitgaande golf (S^+S^jei overeenkomend met een reflectie 5 (reflectieverlies); - bij P2\ geen uitgaande golf, dat wil zeggen een perfecte isolatie ten opzichte van Ρ·Γ.

Als men verschil ingang P2’ (golf e'2) benut, krijgt men: -bij P-i’, geen uitgaande golf, dat wil zeggen een perfecte isolatie ten 10 opzichte van P2’; -bij P2’, een uitgaande golf (S^-S^Je'., overeenkomend met een reflectie (reflectieverlies).

De magic T transformeert dus het lek tussen de ingangen Pi en P2 in reflectieverliezen. Anders gezegd, de magic T maakt het mogelijk de 15 isolatie tussen de twee nieuwe ingangen P^ en P2’ te verbeteren. Dit is een gunstig gevolg van de symmetrische structuur van de antenne volgens de uitvinding.

Bij voorkeur is de magic T van het type «rat-race » en wordt gevormd door gedrukte lijnen. Een lijn 14 kan de som ingang van de magic T 20 bijvoorbeeld verbinden met een connector, en een lijn 15 kan de verschil ingang van de magic T bijvoorbeeld verbinden met een andere connector. Een lijn 16b kan de ingang overeenkomend met index 3 van de magic T verbinden met de lijn 7b. Een lijn 16a kan de ingang overeenkomend met index 4 van de magic T verbinden met de lijn 7a.

25 De magic T 13 weergegeven in figuur 7 is op een ander vlak geplaatst dan het vlak van voedingspatch 6. Zoals men in het hierna volgende kan zien, is dit gedaan om de assemblage van de antenne te vereenvoudigen. Het is natuurlijk mogelijk de magic T op hetzelfde vlak te zetten als de patch als er voldoende ruimte is. In het voorbeeld is de magic T 30 geplaatst onder het aardvlak 9. Een dielectrische laag 11 isoleert hem van deze laatste. Twee verticale verbindingen gevormd door geleidende vias 18a en 18b, lopen door de dielectrische lagen 8, 11 en het aardvlak 9. De verbinding 18a verbindt aan een kant de lijn 7a met de lijn 16a, en de verbinding 18b verbindt aan de andere kant de lijn 7b met de lijn 16b. De 35 antenne bevat in dit voorbeeld 11 lagen, waarvan 6 geleidende lagen en 5 13 dielectrische lagen. Vanuit de bovenste laag naar beneden gaand wordt aangetroffen: - een geleidende laag, gevormd door de geleidende stralende patch 1; - een dielectrische laag 2; 5 -een geleidende laag, gevormd door het aardvlak 3, dat de stralende opening 4 bevat; - een dielectrische laag 5; - een geleidende laag, gevormd door de geleidende voedingspatch 6; - een dielectrische laag 8; 10 - een geleidende laag, gevormd door het tweede aardvlak 9; - een dielectrische laag 11; - een geleidende laag die de magic T 13 bevat; - een dielectrische laag 12; en, - een geleidende laag, gevormd door een laatste aardvlak 17.

15 Zoals aangegeven in figuur 9 zijn volgens een gunstige uitvoeringsvorm de verticale verbindingen 18a en 18b afgeschermd. Zij kunnen worden afgeschermd door verzamelingen 19a en 19b van verticale vias die rond de verbindingen 18a en 18b zijn aangebracht. Deze geleidende vias kunnen in verbinding staan met aardvlak 11. Het aardvlak 11 bevat twee 20 openingen 11a en 11b waardoor de vias 18a en 18b kunnen passeren zonder contact te maken met genoemd aardvlak.

In het navolgende wordt gerefereerd aan figuur 10 waarin als functie van de frequentie krommen zijn weergegeven voor de verandering van de amplitude van de coëfficiënten van de dispersiematrix van de antenne 25 weergegeven in figuur 7, onder gebruikmaking van de nieuwe ingangen PV en P2’. De coëfficiënten van deze matrix zijn genoteerd als Sn’, S12, S21’ en S22’· Om dezelfde reden als hiervoor zijn de coëfficiënten S12’ en S21’gelijk. Daarentegen zijn de coëfficiënten Sn’ en S22’ verschillend (tengevolge van de magic T).

30 De amplitudekromme S12’ ligt lager dan -20 dB in de band van 9 - 11,25 GHz. Vergelijken we de kromme met de kromme S12 in figuur 5, dan kan worden opgemerkt dat de isolatie tussen de ingangen belangrijk is verbeterd. Bovendien zijn de reflecties (krommen Sn’ en S22’) lager dan -10 dB in een bijna gelijke band.

14

In het navolgende wordt gerefereerd aan figuren 11 en 12. Daarin is een voorbeeld weergegeven van een array antenne volgens de uitvinding. Dit array bevat 80 antennes zoals weergegeven in figuur 1. De antennes zijn geprint op dezelfde lagen en opgelijnd volgens twee orthogonale assen x en 5 y. De stralende elementen (niet weergegeven) zijn verdeeld in kolommen volgens de y-as met 4 stralende elementen per kolom en rijen volgens de x-as, met 20 stralende elementen per lijn. De voeding van deze stralende elementen wordt verzorgd door 80 voedingspatches (figuur 12), die zelf ook op dezelfde wijze zijn verdeeld in rijen en in kolommen F1, F2, F3, .... F20. 10 Met elk stralend element correspondeert een voedingspatch, zoals beschreven in het voorbeeld dat door figuur 1 geïllustreerd wordt.

Zoals wordt geïllustreerd door figuur 11, kunnen de voedingspatches 6 van dezelfde kolom F1 zijn verbonden door een eerste voedingsnetwerk 10a, 10b, gedrukt op dezelfde laag als genoemde patches. 15 Met dit eerste voedingsnetwerk kunnen de voedingspatches 6 in groepen van 4 ingedeeld worden. In het voorbeeld zijn de voedingspatches 6 van kolom F1 in serie geschakeld. Dat is hetzelfde voor de andere kolommen F2 tot F20, zoals wordt geïllustreerd in figuur 12.

Het antenne array kan 11 lagen bevatten, met 6 geleidende lagen 20 en 5 dielectrische lagen, zoals dit is beschreven in het voorbeeld dat door figuur 7 geïllustreerd wordt. Meer in het bijzonder kunnen de magie T's 13 op een andere laag worden geplaatst dan de voedingspatches 6 om de assemblage van het antenne array te vereenvoudigen.

Met elke kolom van voedingspatches F1, F2, ..., F20 is een 25 magic T R1, R2, ..., R20 geassocieerd. Met andere woorden, een enkele magic T is geassocieerd met een groepje voedingspatches. De magie T's R1, R2, .... R20 staan opgesteld langs de x-as in een andere laag dan de voedingspatches. Elke magic T kan zijn verbonden met een voedingsnetwerk 10a, 10b van een kolom van voedingspatches met behulp van verticale 30 verbindingen. Deze verbinding met behulp van verticale verbindingen zijn zoals geïllustreerd in de figuren 7 tot 9.

Het antenne array kan bovendien een voedingsnetwerk 20a, 20b omvatten, gedrukt op de laag van de magie T's R1, R2, ..., R20. Een deel 20a van dit netwerk maakt het mogelijk de somingangen van de magie T's 35 R1, R2,.... R20 te groeperen, zodat een eerste ingang 21a wordt verkregen.

15

Het andere deel 20b van dit voedingsnetwerk maakt het mogelijk de verschilingangen te groeperen, zodat een tweede ingang 21b wordt verkregen.

Met andere woorden, het antenne array bevat een 5 voedingsnetwerk 20a, 20b gedrukt op een laag die verschilt van de laag van de voedingspatches 6, welke van deze laatste is geïsoleerd door tenminste een dielectrische laag 8, een aardvlak 9 en een andere dielectrische laag 11, geplaatst op de andere zijde van het aardvlak 9, en is verbonden met de laag van de voedingspatches 6 met behulp van verticale verbindingen 18a, 18b 10 dwars door genoemd aardvlak 9 en genoemde dielectrische lagen 8,11.

Duidelijk is dat het aantal stralende elementen eenvoudig kan worden gewijzigd, gezien de modulaire structuur van de antenne volgens de uitvinding. De uitvinding maakt het dus mogelijk op een eenvoudige wijze en met minder kosten een groot antenne array te ontwerpen. Ook is duidelijk dat 15 de antenne evengoed een zendantenne als een ontvangstantenne of een zend/ontvangstantenne kan zijn.

Het spreekt voor zich dat de uitvinding zich niet beperkt tot de voorbeelden zoals die hiervoor zijn uitgewerkt. Ook is duidelijk dat de uitvinding kan worden toegepast voor alle frequentiebanden. Ook is het 20 mogelijk om binnen het kader van de huidige uitvinding functies aan de antenne toe te voegen. Door lagen toe te voegen kan bijvoorbeeld een multiband antenne worden gerealiseerd.

Ook is het duidelijk dat de vorm van de elementen die de antenne of het antenne array volgens de uitvinding vormen niet beperkt is tot de hier 25 beschreven vormen. De stralend opening, de voedingspatches, de stralende patches (optioneel) kunnen verschillende vormen hebben. De stralende opening kan bijvoorbeeld de vorm van een ster hebben in plaats van kruis. De voedingspatches en de stralende patches kunnen bijvoorbeeld schijfvormig zijn.

30 Ook is het duidelijk dat de structuur van de antenne en van het antenne array volgens de uitvinding niet beperkt is tot de hiervoor beschreven structuur. De dielectrische lagen kunnen worden vervangen door laagjes lucht, waardoor de geleidende lagen onderling door laagjes lucht worden geïsoleerd.

Claims (12)

1. Gedrukte antenne, met het kenmerk, dat deze tenminste omvat: (a) een geleidend aardvlak (3), met daarin een stralende opening (4), welke stralende opening is ingericht om te stralen in de boven het vlak liggende ruimte; 5 (b) een geleidende voedingspatch (6), geplaatst onder de stralende opening (4) en geïsoleerd door een dielectrische laag (5), zodanig dat de patch is gekoppeld met de stralende opening om de stralende opening te voeden, zonder dat parasitaire straling wordt opgewekt.

2. Antenne volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de verticale projectie van de stralende opening (4) althans in hoofdzaak wordt omvat door de voedingspatch (6).

3. Antenne volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat 15 deze bovendien omvat: (c) een tweede geleidend aardvlak (9), geplaatst onder de voedingspatch (6) en geïsoleerd door een dielectrische laag (8), zodanig dat samen met de voedingspatch een drielaags samenstelling wordt gevormd.

4. Antenne volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de voedingspatch (6) althans in hoofdzaak symmetrisch is ten opzichte van een as (A) en dat twee voedingslijnen (7a, 7b) symmetrisch ten opzichte van die as zijn bevestigd aan de symmetrische patch, welke lijnen zijn bestemd om gelijktijdig in fase of in tegenfase te worden gevoed om twee mogelijke 25 polarisaties (E/;, Ex) te kunnen produceren.

5. Antenne volgens de voorgaande conclusie, met het kenmerk, dat de voedingspatch althans in hoofdzaak vierkant is uitgevoerd en dat de twee voedingslijnen op twee opeenvolgende zijden zijn aangesloten. 30

6. Antenne volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat deze bovendien omvat: (d) een of meer geleidende resonerende patches (1), geplaatst vóór de stralende opening (4) en geïsoleerd door dielectrische lagen (2), zodanig dat ze zijn gekoppeld met de stralende opening, om te heruitstralen in de bovenliggende ruimte.

7. Antenne volgens een der conclusies 6 tot 8, met het kenmerk, dat de 5 voedingslijnen (7a, 7b) zijn verbonden met een magic T (13), waarbij de som- en verschilingangen van de magie t de ingangen (Pi’, P2’) vormen, onafhankelijk voor elke polarisatie (E„, Ex).

8. Antenne volgens de voorgaande conclusie, met het kenmerk, dat de magie 10 T (13) van het rat-race type is.

9. Array van antennes, met het kenmerk, dat het tenminste twee antennes bevat van een type als omschreven in een der conclusies 1 t/m 8.

10. Array van antennes volgens de voorgaande conclusie, met het kenmerk, dat het een voedingsnetwerk (10a, 10b) omvat, gedrukt op het vlak van de voedingspatches.

11. Array van antennes volgens een der conclusies 9 tot 10, met het 20 kenmerk, dat het een voedingsnetwerk (20a, 20b) omvat, gedrukt op een ander vlak dan het vlak waarop de voedingspatches (6) zijn geplaatst, geïsoleerd van dit laatste vlak door een dielectrische laag (8), een aardvlak (9) en een andere dielecrische laag (11), geplaatst aan de andere zijde van het aardvlak (9), en verbonden met het vlak van de voedingspatches (6) door 25 verticale verbindingen (18a, 18b) dóór het aardvlak (9) en de dielectrische lagen (8,11).

12. Array van antennes volgens de voorgaande conclusie, met het kenmerk, dat de verticale verbindingen (18a, 18b) zijn voorzien van een afscherming 30 (19a, 19b).