SE510565C2 - Vågledarlins - Google Patents

Description

510 565 2 att även en snett infallande vågfront har ett distinkt fokus.

Nackdelen med de existerande linstypema är att de endast tar emot vågor med förutbe- stämd polarisation, som skall passa linsplattomas och de fasskiftande elementens orientering.

Detta försvårar mottagandet av satellitsignaler, där satellitsignalen är polariserad i förhållande s till jordaxeln, vilket endast stämmer överens med jordplanet på samma latitud som satelliten. Överallt annars lutar satellitens polarisation för mottagaren. Föreliggande linsantenn elimine- rar detta problem, genom att den fokuserar alla polarisationer lika mycket, vilket är särskilt gynnsamt för cirkulârpolariserade vågor, men gäller även för planpolariserade vågor. Själva linsen behöver aldrig vridas vilket eliminerar en mekaniskt otymplig upphängning, särslcilt för w stora antenner.

Vidare har varje platta i existerande linser en mycket komplicerad kurvform, som dess- utom är unik för varje ny plattas avstånd från linsaxeln.

Föreliggande uppfinning är betydligt enklare i sin konstruktion än existerande linser för flera polarisationsriktningar. as Uppfinningen skall nu närmare beskrivas i samband med figurerna 1 - 28, i vilka Fig. la visar ett tvärsnitt av en utföringsform av en linsantenn, Fig. lb visar kompensation i stegen, Fig. 2 visar linsantennen i en vy sedd från den belysta sidan av antennen, Fig. 3 visar en tredimensionell vy av linsantennen, :o Fig. 4 visar en annan utföringsform, där de radiella plattorna är uppdelade i sektioner, Fig. 5 visar en linsantenn. där de rotationssymmetriska plattorna är utformade med spiralform och kan justeras, Fig. 6a visar en linsantenn med spiralformade och radiella plattor, Fig. 6b visar en linsantenn med cirkulära, varierbara plattor, zs Fig. 7 visar fasade kanter, Fig. 8 visar fasade kanter och impedansanpassning både på inträdes- och skuggsidan, Fig. 9 visar detsamma som fig. 8 men i en vy framifrån, Fig. 10 visar fasade kanter av homtyp, radiella och cirkulära kanter, Fig. ll visar fasade kanter av homtyp, radiella och cirkulära kanter, ao Fig. 12 visar en dielektrisk lins, Fig. 13 visar en lins med inträdesöppning av dielektrisk homtyp och utträdesöppning av homtyp, Fig. 14 visar en lins med inträdesöppning av dielektrisk homtyp och utträdesöppning med dielektriska kanter, ss Fig. 15 visar en mottagardel inkapslad tillsammans med antennen, Fig. 16 visar en mottagardel inkapslad tillsammans med antennen, där inkapslingen möjliggör genomsläpplighet för vind, Fig. 17 visar en plattlinsantenn instâllbar för olika frekvenser, Fig. 18 visar en kvadratisk plattlinsantenn omstâllbar till rombisk form, 10 15 20 25 35 510 565 3 Pig. 19 visar en plattlinsantenn med omställbara radiella plattor, Fig. 20 visar en linsantenn, där plattomas höjd kan varieras, Pig. 21 visar en linsantenn, där plattor kan röra sig i utbredningsrlktningen, Pig. 22a visar en lins, där cirkulära dielektriska linsdelar kombineras med en metallins, Pig. 22b visar en lins med en spiralformad platta av kombinerat dielektriskt material och metalliskt ledande material, Pig. 23 visar en metallins med infogade ferroelektriska element, Pig. 24 visar en utföringsform av en lins av kanal-längds-fördröjnings-karaktär, Pig. 25 visar en metallins med infogade ferroelektriska element i sin tur försedda med inre och yttre spolar, Pig. 26 visar ett dielektriskt tubmaterials brytningsindex, Pig. 27 visar strålningsmönstret nära ett steg enligt teknikens nuvarande ståndpunkt, och Pig. 28 visar en lins uppbyggd av trådar.

Linsantennen kan ses som ett mottagningssystem eller ett sändande system. I denna beskrivning förklaras konstruktionen i ett mottagande system.

En plan våg möter den belysta sidan av antennen 1 och passerar kanaler 2, som är rotationssymmetriska kring linsaxeln 3. Den del av signalen. som har polaritet parallellt med plattoma 4, erhåller en fashastighet mellan de rotationssymmetriska plattorna 4, som resulte- rar i, att vägens utträde på skuggsidan 5 får en vågfront, som på grund av kanalemas 2 längd enligt känd beräkning för linser av denna typ i förhållande fill linsaxeln 3 bryts till ett gemen- samt fokus 6.

De rotationssymmetriska plattoma 4 stegas ned en våglängd enligt känd stegteknik för linsantenner. Dock har plattomas höjd i närheten av dessa steg en kombinerad effekt på den elektromagnetiska vågen, dels mellan två närbelägna plattor, där det vanliga brytningsindexet gäller (48), dels mellan plattor belägna på två och flera plattavstånd från varandra, där ett annat brytningsindex (49) gäller. Detta beror på att den mellanliggande plattan avslutas tidiga- re än de, som ligger på vardera sidan.

I denna utföringsform med rotationssymmetrlska plattor är det möjligt att kompensera för denna addition till den elektromagnetiska vägens brytning, något som hittills aldrig gjorts i existerande konstruktioner. Kompensationen består i en justering av exempelvis den yttre plat- tans 50 höjd i förhållande till känd linsekvation, där plattan ger kompensation för den elektro- magnetiska vägens fashastighet även mellan de två avlägsna plattoma, se fig. lb.

De rotationssymmetriska plattoma erbjuder vidare möjligheten att variera avståndet inbördes mellan två plattor utåt radien. Därmed kan linsen konstrueras med olika brytningsin- dex, som är rotationssymmetriska runt den optiska axeln, vilket ger exempelvis följande fyra fördelar: l. Brytningsindex kan väljas lägre i samband med att linsen stegas ned. Platthöjden hålls fortfarande låg och ger därmed fördelar som materialbesparing och mindre noggranna konstruktíonslcrav på bandets läge. Generellt gäller nämligen, att ju högre brytningsindex som 10 15 20 25 510 565 4 eftersträvas, desto närmare måste banden ligga. Då fashastigheten ökar mycket snabbt mot oändligheten i närheten av att kanalen närmar sig en halv våglängds bredd, är det därför viktigt, att brytningsindex och därmed fashastigheten kan hållas låga, eftersom annars en liten onoggrannhet i konstruktionen kan innebära stort fasfel i fokus. 2. Stegen kan, exempelvis genom att lägga olika fokusavstånd mellan ett högre och ett lägre frekvensband, läggas i samklang med fresnelzonema för de olika frekvenser, som ska fokuseras i respektive fokus. Där en fresnelzon skall vara täckt, kan exempelvis ett band med motsvarande tjocklek anordnas. Detta gör linsen effektivare för de frekvenser, som avviker från designfrekvensen, och kan ge ännu mera konstruktionsvinster av den art, som nämndes i första argumentet. 3. I de delar av linsen, där plattomas kanthöjd och avstånd mellan varandra är kritiska ur brytningssynpunkt, dvs där ett relativt litet avståndsfel i konstruktionen inverkar kritiskt på fokuseringen, kan en avvägning ske mellan de rotationssymmetrislca plattomas inbördes av- stånd och den materialåtgång och noggrannhet i plattornas läge, som avståndet pålägger. Ex- empelvis kan plattor, som ligger på radiella avstånd från linsaxeln, där relativt långa kanaler lcrävs för brytning till fokus, göras tjockare och styvare för att kunna behålla ett exaktare in- bördes avstånd. Vidare kan avskärmning eller förflyttning av rotationssymmetriska zoner kring linsaxeln, som är kritiska för att bryta till fokus 6, ske genom val av tjockare band, se exempelvis ñg. 8, 11. 4. I samband med att ett steg införs i en vågledarlins påverkas strålningslob eller mot- tagningslob av att det nya steget gränsar mot en lång kanal. Väljs steget på utträdessidan av linsen fås en strålningslob, som ej har maxima mot fokus, och väljs steget att ligga på den be- lysta sidan, fås optimal mottagningslob snett mot belysningsriktningen, se fig. 27.

Detta kan elimineras med en lins uppbyggd av cirkulära band, genom att i samband med stegning av linsen utforma ett band, vars kant lutar, exempelvis genom att göra ett relativt tjockt band med lutande yttre kant 211, se fig. ll.

Sådana designval blir svårare att införa för linser, där kanalema byggs upp av raka, parallella band eller av rör.

I en utvidgad utföringsforrn är de rotationssymmetriska plattoma 4 ordnade som förut. vinkelrätt mot dessa kanalers väggar 4 ligger plattor i radiell led 7, vilka bildar kanaler 2, som bryter den elektromagnetiska vågens komponent i radiell led. Plattomas kanthöjd 8 är på samma sätt utformade för att erhålla en fokusering till fokus 6. Då dessa plattor 7 ej är paral- lella, blir kanthöjden 8 beroende av såväl avståndet från linsaxeln som plattväggamas inbör- des avstånd, vilket ökar i radiell led, där hänsyn tas till att avståndet mellan plattoma ökar med radien. När avståndet mellan två plattor ökat till mer än hela designvåglängden, börjar en ny radiell platta 7 och kanthöjden 8 mellan den nya radiella plattan och tidigare radiella plattor förändras här i steg 9. Denna stegteknik kan kombineras med konventionen att göra linsen i steg, där plattomas tjocklek stegas ned en våglängd, när så är möjligt. I denna lins har dock stegets utformning inget med detta att göra utan är endast ett resultat av att införan- 10 15 20 25 35 510 565 5 det av en ny platta påverkar de radiella plattomas inbördes avstånd. De radiella plattorna 7 upprepas sedan i ett likformigt utseende runt hela cirkelvarvet.

De radiella plattorna 7 kan också vara uppdelade i radiella sektioner enligt fig. 4, med radiella plattor 10, som sträcker sig mellan två eller flera ringar i linsantennen. De radiella plattoma kan även fungera som distansmaterial mellan de cirkulära plattoma och bidrar ge- nom sin mångfald och utsträckning i radiell led till att på exaktaste sätt positionera de cirkulä- ra plattoma på avsett avstånd från linsaxeln.

De cirkulära ringarna kan i en arman utföringsforrn vara approximativt cirkulära såsom i utföringsformen enligt fig. 5 med spiralband, som sträcker sig i en svagt stigande spiral med ett avstånd mellan spiralema, vilket harmonierar med kanthöjden enligt linsens ekvation.

Bandets höjd i strålningsriktningen ökar utåt radien enligt linsens formel som tidigare.

Om avståndet mellan spiralvarven varieras, kan man erhålla en lins med konstant tjock- lek, dvs spiralbandets tjocklek och bredd är konstanta över bandets längd. Genom att kom- binera varierande avstånd mellan varven och spiralbandets höjd enligt känd beräkningstekriik, erhålls exempelvis en konstruktion, där spiralbandets bredd är konstant inom ett intervall och ökar linjärt inom ett annat intervall av linsens utsträckning.

Detta exempel ger en enkel och materialbesparande konstruktion av spiralbanden. Fig. 5 visar en lins med två spiralband, som har konstant stigning hela radien ut, där spiralens kant- höjd varierar enligt teorin för metallinsantenner. Denna lins utan radiella plattor är byggd av ett tillräckligt tunt fjäderlikt och elastiskt material för att klara att rullas ihop eller rullas ut från ett ihoprullat läge. I utföringsformen enligt fig. 6 år utrullningen möjlig att reglera.

Därmed blir det möjligt att genom en vridning av hâllarpinnarna 21, 22 anpassa linsen för ett speciellt frekvensband, då linsens fokus 6 för till exempel en lägre frekvens är densamma som för en högre frekvens, om avståndet mellan de approximativt cirkulära plattoma (spiralban- den) är i samma proportion som våglängden, förutsatt att spiralbandens tjocklek i radiell led år en försumbar del av våglängden, exempelvis en hundradel, och de två våglângdema inte skiljer sig mer än exempelvis i ett förhållande av l till 2, eller om den radiella tjockleken utgör en större andel och frekvensvariationen är endast 10%.

Linsen med band i spiral kan även förses med radiella plattor ll. De radiella plattoma fungerar här som vågledare och i det fall att spiralarmarna inte är varierbara även som dis- tansmaterial mellan de två banden. De radiella plattoma blir på grund av sina korta, raka kanter okomplicerade i sin kurvform. Detta arrangemang av radiella plattor kan även applice- ras på linsen med cirkulåra plattor och vice versa, se fig. S. Även de cirkulära rotationssymmetrislca plattoma kan göras varierbara enligt fig. 6b. De cirkulära plattoma består av ijäderlikt material, exempelvis av koppar, avbrutna för att fästas i chassi 87 respektive hållarann 88. När hållaren vrids medsols enligt fig. 6b, minskar radien för varje cirkulär platta och avståndet mellan plattoma minskar därmed. Distansmaterial mel- lan de cirkulära plattoma kan införas för centrering och positionering av de cirkulära, varier- bara plattorna, exempelvis genom fjädrande distansmaterial eller som i fig. 6b, genom rullar 10 15 20 25 510 565 6 89, gjorda av ett band 90, som är transparent mot mikrovågor, vars två bandändar 91 är fästa i var sin cirkulära platta. När de cirkulära plattorna varieras, exempelvis för minskat plattav- stånd, rullas en del av banden 90 ut och den minskade diametern hos rullen 89 motsvarar det minskade plattavståndet. Detta ger en relativt exakt positionering av banden, när ringarna va- rieras inom ett visst avståndsintervall. Om rullama 89 innehåller ett tillräckligt långt band, exempelvis genom att vara tunt sedan den distansgivande effekten âr ointressant, kan denna lins med cirkulära ringar göras helt hopfällbar.

Om arrangemanget med variation av avståndet mellan plattorna är unikt, skall här näm- nas ett par utiöringsformer, som gäller för existerande, konventionella metallinser. En metall- ins med parallella plattor kan göras instâllbar för olika frekvenser, genom att plattorna hålls inbördes fjädrande inspända och regleras medelst en avståndsändring mellan de yttersta plat- torna, som då ger en lika stor distansändring mellan alla plattor, se fig. 17.

En plattlinsantenn med plattor i vinkelräta polarisationsriktningar kan varieras i frek- vensintervallet genom att plattorna kan lutas, så att kanalerna varierar från att ha en kvadra- tisk form till en rombisk form. Kanalemas sidoväggar kommer visserligen att avvika något från de strikt vinkelräta polarisationsplanen och ger ett rombiskt fokus, men ger samtidigt smalare kanaler och därmed en anpassning till högre frekvensintervall ju mer rombisk kanalen blir, se fig. 18.

En lins uppbyggd av spiraler och böjliga radiella plattor ger samma möjlighet som den rombiska linsen. Liknande arrangemang kan tillämpas för en lins med enbart radiella plattor.

Plattomas inbördes avstånd fixeras med fiädrar och en ändring av det inbördes avståndet sker, genom att mellanrummet mellan två plattor påtvingas en ändring, varvid de övriga runt lins- axeln ändras inbördes med ett avstånd, som matematiskt är lika med den påtvingade ändring- en delat med det antal mellanrum, som de radiella plattoma bildar runt linsaxeln, se fig. 19.

Ett annat sätt att göra linsantennen anpassbar till olika frekvenser är att variera plattor- nas höjd. Arrangemanget består av att varje rotationssymmetrisk platta är uppdelad i minst två plattor med avgränsningsytan vinkelrätt mot vågens utbredningsriktning, exempelvis ge- nom att den är uppdelad i två cylindrar sammansatta med en viss överlappning och att dessa sinsemellan kan förskjutas i utbredningsriktningen. När linsen skall frekvensanpassas för exempelvis en högre frekvens, förskjuts plattoma, så att den sammanlagda platthöjden i vå- gens utbredningsriktning ökas. Plattoma förskjuts mera i förhållande till varandra med ökande avstånd från symmetriaxeln för att följa linsens kontur för denna högre frekvens, varför den arm, som förskjuter cylindrama, exempelvis kan vara fiädrande på så sätt, att när en regler- arm 92 förskjuter den radiellt yttersta änden, ändras plattornas höjd, så att vågfronten för den högre frekvensen fokuseras, se fig. 20.

I ett armat exempel består plattoma av en eller flera spiralarmar, som var och en för sig är delade längs sin utsträckning i varv kring symmetriaxeln. Ett reglerorgan är kopplat mellan spiralarmens yttersta delar och ger genom den fjädrande egenskapen progressivt ökande av- stånd mellan spiralarmens delar ju längre avståndet är från linsens optiska axel och genom 10 15 20 25 510 565 7 lämpligt utformade spiraldelar erhålls en lins, som följer ekvationen för metallinser vid flera olika designfrekvenser, se fig. 6a.

I ett tredje exempel är de parallella plattorna i línskonstruktionen försedda med plattor, som kan röra sig parallellt linsens plattor 93 och är så infásta, att de kan röra sig mellan de två lägen parallellt med utbredningsriktningen och linsplattorna. Inställning kan här ske mel- lan två designfrekvenser, genom att påverkansarmar förflyttar plattorna mellan det ena eller det andra läget, se fig. 21.

På liknande sätt kan plattor i radiell led 7, 10 röra sig, så att plattornas kanthöjder 8 kan förflyttas parallellt med utbredningsriktningen och i harmoni med linsekvationen.

Dessa linser med anpassning för olika designfrekvenser är sedan lämpligen kopplade till utrustning, som väljer ut det frekvensintervall, vilket skall mottas eller utsändas i/från fokus, så att för det valda frekvensintervallet regleras linsens fokusering för motsvarande frekvens på angivet sätt med hjälp av en regleranordning.

I en utföringsform är linsens plattor avfasade på den belysta sidan, dvs plattorna är approximativt parallella och avsmalnande mot vågfrontens utbredningsliktning. Detta är sär- skilt enkelt att åstadkomma för en lins, som byggs upp av band. Det innebär, att vågledarka- nalen mellan plattorna blir avsmalnande i utbredningsriktningen. Detta ger tre direkta för- delar: l. Den reflekterande ytan elimineras på den bestrålade sidan. Plattorna kan ges en tjocklek som ger stabilitet samtidigt som kantmaterialet ej påverkar reflektionen, se fig. 7. 2. Man kan lätt göra en impedansanpassning mellan den bestrålade ytan och fri rymd kombinerat med ett ur brytningssynpunkt effektivare avstånd mellan plattoma längre in i linsen. Detta minimerar reflektionen ytterligare, även för snett infallande besträlning och för det fall linsens bestrålade yta är välvd eller ojämn, se fig. 8. 3. De lutande sidorna mellan två plattor fungerar som ett horn i I-I-riktningen av den elektromagnetiska vågen, i den riktning, som bestäms av de två plattomas riktning i H-led mot strålningskällan. I de fall när den bestrålade ytan är plan ges därmed ytterligare adderad direktivitet. Här förutsätts, att det är känt, att om de enskilda vågledarelementens direktivitet ökar, ökar också direktiviteten i fokus, där strålar från alla vågledarelement summeras, se fig. 9, 10, ll.

Plattomas höjd i utbredningsiiktningen blir något mer komplicerade att beräkna, efter- som avståndet inte är konstant i utbredningsriktningen. Detta har dock gjorts i exemplet enligt fig. 9, 10, ll, där höjden bestämts genom repetitiva beräkningar av erhållet brytningsindex fram till vågledarelementets utträdesöppning och en anpassning gjorts mellan alla vågledarele- mentens utträdesöppningar i radiell led, så att vågfronten kommer i fas till fokus 6. Plattornas materialtjocklek blir i detta fall betydande och bör lämpligen bestå av ett yttre elektromagne- tiskt för designfrekvensen lämpligt ledande skikt, exempelvis av aluminium, koppar, guld eller silver, samt en inre kärna av stabiliserande utfyllnadsmaterial.

I en utföringsform är linsen kombinerad med beläggningar av dielektriskt material för 10 15 20 25 35 510 565 s att öka linsens direktivitet, minska sidlobema för speciellt små antenner samt öka frek- vensomfånget. Utförandet av detta kan göras enligt de beskrivningar, som finns i boken av Rajeswari Chatterjee (1985), "Dielectric and Dielectric-Loaded antennas", avsnitt "Dielectric loaded metal homs", se fig. 13, 14. Även utträdesöppningen kan beläggas med dielektriskt material enligt känd teknik, så att strålningsloben för varje vågledarelement samverkar för en ytterligare starkare signal i fokus, se fig. 14. Även radiella band utförda med avfasade kanter eller för att bilda homkontur i cirkulär led kan tilläggas för att därmed göra linsen uppbyggd av ett antal cirkeldelar, exempelvis approximativt kvadratiska homliknande kanaler.

I ett utförande enligt fig. 12 består linsen helt av ett dielektriskt material, som ger exakt samma enkla uppbyggnad med cirkulära tuber eller spiralband, men där linskonturen 33 nu följer den för en lins med brytningsindex > 1, dvs de cirkulâra plattomas eller spiralemas höjd följer ekvationen för linser av typen massiva glas- eller plastlinser med den skillnaden, att brytningsindex för denna beskrivna lins blir lika med eller lägre än för en massiv lins med samma material. Samma brytningsindex som för en massiv lins erhålls, om tuber-na eller spiralema ligger dikt an varv efter varv för att bygga upp linskonturen.

Brytningsindex för en tub har beräknats bland annat av Mallach (1948), Kiely (1950), Gallet (1969) och Narasimhan (1969). Avståndet mellan plattoma är i exemplet vald enligt Yip's undersökning (1974), där valet av en tubs vâggtjocklek i förhållande till dielektrisk konstant för ämnet i fråga och ytterradie ger optimal effektivitet för tuben. Denna studies resultat har i detta exempel följts genom att addera tuber på ett radiellt avstånd av samma storlek som diametem i den tub, som Yip fann ge bästa strälningseffektivitet. Därmed uppnås en lins med bättre impedansanpassning och lägre reflektion än för en massiv lins av samma ärnne. Yip har redovisat sambandet mellan tubradie, väggtjocklek och dielektricitetskonstant enligt fig. 26, där lo/lg > l - vilket kan tolkas som brytningsindex - ger tubemas längd enligt linsekvationen.

Det är även möjligt att här stegvis öka tubemas kanthöjd 133 i det fall att linstjockleken (tubhöjden) närmar sig noll och därmed fokusera en från suålningskällan tidigare fas till samma fokus, se fig. 12.

Det är även möjligt att addera radiella band av dielektriskt material med kanthöjder i enlighet med linsformeln för det dielektríska materialet och med hänsyn till det ökande av- ståndet mellan de radiella plattoma. De radiella plattoma kan därmed utformas som korta enkla plattor med rak kant mellan två band eller som radiella plattor, som sträcker sig över flera cirkulära band och med stegteknik såsom den ovan beskrivits. De dielektriska plattoma kan, som för övriga nämnda antenner, läggas approximativt parallellt med vågens utbred- ningsriktning och/ eller avfasas. Därmed uppnås en bättre direktivitet enligt utredningar kring dielektriska stav- och hom antenner, se Rajeswan' Chatterjee (1985), "Dielectric and Dielectric-Loaded anten- 10 15 20 25 35 510 565 nas .

Den här beskrivna linsen eller en konventionell lins kan även kombineras med metallin- sens cirkulära band genom kring linsaxeln rotationssymmetriskt utskuma linsdelar. Detta ger fördelar erhållna ur de båda konstruktionerna respektive eliminerar nackdelar. Exempelvis kan vikten reduceras i förhållande till vikten hos en dielektrisk lins samtidigt som tjockleken av en metallins reduceras. I fig. 22a, 22b är cirkulära linsdelar kombinerade med metallinsen på så sätt, att metallinsers frekvensberoende karakteristik dessutom breddas inom ett vidare frekvensintervall. .

Det är nämligen så, att ju längre från designvåglängden en elektromagnetisk våg ligger, desto större blir fasfelet i en metallins. Fasfelet beror på att fashastigheten ökar i en kanal när frekvensen minskar jämfört med designvåglängden och fashastigheten minskar för frekvenser högre än designvåglängden. Ju längre en kanal är, desto större hinner fasfelet bli. Detta för- hållande har noggrant studerats och lösts genom att låta centrum av en metallins bestå av kanaler, som sträcker sig flera våglängder. En speciell teknik för att den stegvisa nedtrapp- ningen ska ske med minsta fasfel innebär att linsen behöver vara minst två våglängder tjock i rotationscentrum. Detta leder framför allt till att bra metallinser saknar genomsiktlighet och luftighet. Följande konstruktion ger en smalare metallins, med ett luftigt utseende. Den är materialbesparande samtidigt som fasfelet kan elimineras i samma grad.

I fig. 22a har de längsta kanalema i metallinsen ersatts av rotationssymmetriskt utskurna linsdelar. Steget mellan två vågfronter kan därmed utjämnas järnfört med känd stegteknik för metallinser, så att de längsta kanalema ersätts av en rotationssymmetriskt utskuren del av en lins. Sett ur linsens konstruktion utgör plattorna mellan linsdelarna en ersättning av linsmate- rial med lättare och luftigare metallplattor.

Fasfronten från den belysta sidan delas genom stegteknik upp i två fasfronter, som båda sammanstrålar i fokus 6. Fasfronten lll ges en lägre fashastighet i centrum genom linsen och får en ökande fashastighet genom metallplattoma utanför den centrala linsen. Därmed upp- kommer en gemensam fasfront i fokus 6. Fasfronten 112 uppkommer i den yttre linsdelen, som reducerar fashastigheten till den grad, att fasen vid utträdet ur linsen harmonierar med fasfronten 112, exakt en våglängd senare än fasfronten lll, mot fokus 6. De cirkulära plat- toma utanför den yttre dielektriska linsdelen ökar på denna fasfront för fortsatt anpassning till fasfronten 112, etc.

Val av positionen för ett fassteg kan väljas beroende på exempelvis om man vill ha minsta fasfel, minsta linsmaterial eller minsta dimension enligt kända tekniker.

I fig. 22b har en spiral uppbyggd av dels dielektriska plattor - dvs med brytningsindex > 1, dels av plattor med konventionella metallinsegenskaper - dvs med brytningsindex < 1, kombinerats för att uppnå samma egenskaper som i föregående exempel.

De rotationssymmetriska eller spiralformade konstruktionselementen kan även utformas till att göra en lins av kanal-längds-fórdröjnings-karaktär. Man kan till exempel göra rota- tionssymmetriska plattor enligt ñg. 24, där kanaler bildas mellan dessa i ett känt samband 10 15 20 25 510 565 10 mellan kanallängd och kanalens radiella position. Kanalen närmast linsaxeln har formen av en central, rotationssymmetrisk dubbelkon. På avstånd längre från linsaxeln ligger rotationssym- metriska koniska plattor, som bildar kanaler. Kanalemas längd avtar ju längre ut från rota- tionscentrum man kommer och där kanalen närmar sig noll i längd, ligger linsens sista rota- tionssymmetxiska koniska platta. Därefter kan kanaler för att öka fashastigheten adderas, för att utöka den radiella storleken för denna typ, som annars är begränsad på grund av att de innersta kanalerna behöver göras så långa, att konstruktionen blir Otymplig. Fig. 24 visar alltså en rotationssymmetrisk metallins av dels kanal-lângds-fördröjningskaraktär, dels den tidigare av ökad-fashastighetskaraktär.

I en ytterligare utföringsform med cirkulära eller spiralfonnade band av ferroelektriskt material, särskilt lämpad för mottagning/sändning av cirkulärt polariserade vågor, är plattor- nas inbördes avstånd och utsträckning i utbredningsriktningen utformade, så att den elektro- magnetiska vågen bringas i fas i fokus. De ferroelektriska plattorna ger en fasvridning av den elektromagnetiska vågen, som står i proportion till plattans längd i utbredningsriktningen, och detta ger en linskontur, där linsens tjocklek anpassats med hänsyn till avståndet från linsaxeln till att vrida den elektromagnetiska vågen så mycket, att den överensstämmer med fasen i fokus. Tjockleken varieras i radiell led enligt ekvationen för hur mycket det ferroelektriska materialet fasvrider vågen per avstândsenhet, vilket innebär en nära nog linjärt ökad fasvrid- ning med det ferroelektriska materialets utsträckning i utbredningsriktningen.

För att ge denna lins ett justerbart fokus för olika frekvenser och framförallt för kunna anpassa linsen för de båda cirkulära polarisationsriktningarna, har i fig. 25 varje ferroelekt- risk platta omgivits av en yttre 55 och en inre 56 spole, som genom strömreglering i spolen individuellt för varje platta reglerar fasvridningen i det ferroelektriska materialet enligt känd teknik, så att fokus 6 justeras.

Band av ferroelektriskt material kan även infogas i kanaler i en metallins för att minska linstjockleken och ge ett bredare frekvensintervall fór den fokuserade vågen. Exempelvis kan en platta av ferroelektriskt material införas mellan två band i beskriven lins av kring linsaxeln rotationssymmetriskt utformade metallplattor. Plattornas utsträckning i bestrålningsriktningen kan exempelvis minskas till approximativt hälften, om en rotationssymmetrisk platta av ferro- elektriskt material införs mellan de nämnda plattorna, vars utsträckning i bestrålningsrilctriing- en är sådan, att den elektromagnetiska vågen fasvrids 180 grader, se fig. 23.

Den speciella struktur, som plattorna ger i denna beskrivning, kan även användas för att enkelt göra en vågledarlins av vågfördröjningskaraktär. Plattornas utsträckning i utbrednings- riktningen utformas, så att vågledarkanalema har en längd, som ger alla vågor från fokus ut till aperturplanet samma tidsfördröjning plus den extra längd, vilken behövs för halwågsplat- tomas utsträckning i utbredningsrikmingen enligt känd teknik. Radiella plattor införs och dimensioneras med hänsyn till plattomas inbördes avstånd samt den kända ekvationen för linskonturen för vågfördröjningslinser. I de kanaler, som uppstår, införs halvvågsplattor, som orienteras med hänsyn till det radiella avståndet och kanalens längd enligt känd teknik och 10 15 20 25 35 510 565 11 som därmed fokuserar fasen i alla kanaler till ett fokus.

I en utföringsform är kanthöjderna exakt hälften av de för ovan beskrivna linser beräk- nade men en plan spegel är placerad nära denna lins, så att vågfronten passerar linsen två gånger och fokuseras i ett fokus, som då är beläget på den belysta sidan. Denna lins passar väl i geografiska områden, där mottagarantennen ska sitta nära en vägg och fokus behöver speglas tillbaka till den belysta sidan. En plan spegel är betydligt enklare till konstruktionen än en exempelvis parabolisk yta, varför linsen i kombination med den plana spegeln blir ett billigare, effektivare och enklare arrangemang med bättre direktivitet än en “off-set-parabol".

I ytterligare en utföringsform för millimetervågor är linsen utförd enligt tekniken för spiralformade band, där distansmaterialet mellan plattorna består av ett för elektromagnetiska vågor genomslâppligt, pårullat material, i detta fall ett skumplastband, som lagts mellan spira- lema. Mellanrummet i spiralema enligt ñg. S kan fyllas med exempelvis polyuretanskum- plast.

I samtliga utföringsformer är det enligt känd teknik möjligt att plattorna är perforerade eller består av ett antal tunna band eller trådar löpande runt linsaxeln, där plattoma beskrivits ligga, och distanserade längs den beslnivna utsträckningen av plattorna i linsaxelríktningen.

Brytningsindex beräknas då med en korrektionsfaktor ut-räknad av Macfarline (1946). Om dessa tunna band eller trådar är tillräckligt smala är det möjligt att göra linser med brytnings- index kring exempelvis 0,6 med vågledarkanaler, som är betydligt mindre än halva vågläng- den. Om exempelvis fria våglängden är 10 cm och det radiella avståndet mellan kanaler upp- byggda av trådar är 4 cm, är det känt, att trådar av 3 mm diameter ger ett brytningsindex på 0,6. Det har ansetts opraktiskt att göra linser för kortare våglängder än 10 cm med dessa trå- dar, då tråden blir för tunn. I en konstruktion med beskrivna cylindriska eller spiralforrnade plattor är det dock fullt möjligt att ersätta dessa med tunna trådar, då dessa trådar i hela sin utsträckning enkelt kan stödjas av distansmaterial i cirkulär och radiell led och/eller radiella plattor eller radiella trådar med samma funktion, se fig. 28.

I en annan utföringsform är linsen beskuren, dvs den utgörs av en utskuren del av nå- gon av ovan beskrivna linser. Det är även möjligt att kombinera två eller flera linser eller delar därav med ett sammanbundet mottagningshom mellan de fokus, som uppkommer för en källa, eller att kombinera två eller flera linser för att erhålla ett gemensamt fokus från flera källor.

För en parabolantenn ñnns alltid problemet med brus från omgivningen, som kommer in i mottagardelen, vilken är belägen i fokus. När den plana vågen reflekteras och bryts till ett fokus, blir det omöjligt att komma ifrån, att den reflekterade strålen korsar den infallande bestrålningen. Därmed blir det omöjligt att helt kapsla in mottagardelen tillsammans med antennen. När det gäller linsantenner, där fokus ligger bakom linsen, är det dock helt möjligt att kapsla in mottagardelen tillsammans med den belysta linsen. Utföringsforrnen enligt fig. 14 visar ett system, där mottagardelen kapslats in tillsammans med antennen av ett absorbe- rande material, som varken släpper igenom elektromagnetisk strålning inom det aktuella 10 510 565 12 frekvensintervallet fór mottagning eller reflekterar på insidan av höljet. Därmed reduceras systembruset väsentligt i förhållande till dagens standard. Det leder i sin tur till mindre an- tenner jämfört med dagens paraboler.

För att realisera en antenn, som samtidigt är genomsläpplig för vind, har inkapslingen 19 enligt fig. 16 konstruerats. Denna avskärmar bruset utanför kanten av linsen på samma sätt som ett rnikrovågshorn. Samtidigt filtrerar höljet bort reflexer, som kommer in via linsen från annat håll än den avsedda bestrålningen genom slitsar större än halva våglängden av den lägsta brusfrekvens, som kan påverka systemet. Slitsama har en bredd utformad för lägsta reflektion genom impedansanpassning. Slitsama är vidare försedda med flänsar, som är vink- lade, så att bestrålning in via linsen ej reflekteras mot fokus, och i längd är anpassade att skärma brus utanför antennen och från sidan. Brus, som kommer från en riktning motsatt det utgående bruset ur slitsama och rakt bakifrån fokus, kan reduceras med exempelvis dielekt- riskt belagda flânsar.

Claims (20)

10 15 20 25 510 565 13 PATENTKRAV

1. Vågledarlins för i huvudsak cirkulär- och linjärpolariserad elektromagnetisk strålning, kännetecknad av en eller flera rotationssymmetriskt formade plattor (4), - som är anordnade rotationssymmetriskt kring en linsaxel (3) och som är anordnade för fokusering av den inkommande del av en elektromagnetisk våg, som har polaritet parallell med plattorna (4), till ett fokus (6), och - som innefattar band bestående av ett yttre ledande skikt och en inre kärna och utfor- made som cylindrar kring linsaxeln.

2. Vågledarlins bestående helt av ett dielektriskt material för i huvudsak cirkulär- och linjårpolariserad elektromagnetisk strålning, innefattande flera rotationssymmetriskt formade plattor (4), - som är anordnade rotationssymmetriskt kring en linsaxel (3) och som är anordnade för fokusering av en inkommande elektromagnetisk våg till ett fokus (6), k ä n n e t e c k n a d av att linsens kontur följer linskonturen för en lins med brytningsin- dex större än 1.

3. Vågledarlins för i huvudsak cirkulär- och linjärpolariserad elektromagnetisk strålning, kännetecknad av ett eller flera band (8), - som löper i spiralform ut från en linsaxel (3) nära vinkelrätt mot denna och som är anordnade för fokusering av en inkommande elektromagnetisk våg till ett fokus (6).

4. Vågledarlins enligt något av lcrav 1 - 3, k ä n n e t e c k n a d av att de ett eller flera banden innefattar band bestående av ett yttre ledande skikt och en inre kärna och med stigande bredd utformade som en eller flera spiraler runt linsaxeln.

5. Vågledarlins enligt något av krav 1 - 4, kâ n n e t e c k n a d av att de ett eller flera banden innefattar band av dielektriskt material av avtagande bredd utformade som en eller flera spiraler runt linsaxeln.

6. Vågledarlins enligt något av krav 1 - 5, kä n n ete c k n a d av en eller flera plattor (7) liggande i radiell led från linsaxeln (3), vilka är så utförda, att en infallande elekt- romagnetisk vågs komponent i radiell led fokuseras till fokus (6).

7. Vågledarlins enligt ln-av 6, k ä n n e t e c k n a d av att plattorna (7) i radiell led åstadkommer kanaler (2) mellan plattoma i cirkulär led (4, 8) och samtidigt bildar distansma- terial mellan plattoma (4, 8).

8. Vågledarlins enligt något av krav 6 - 7, k ä n n e t e c k n a d av att plattorna (7) i radiell led är utformade, så att deras kanthöjd (8) varierar stegvis (9) i radiell led.

9. Vågledarlins enligt något av krav 6 - 8, k ä n n e t e c k n a d av att plattorna (7) i radiell led är utformade med en linjär kanthöjd mellan två plattor eller band.

10. Vågledarlins enligt något av krav l - 9, k â n n e t e c k n a d av att plattoma (4) eller banden (8) är anordnade att kunna varieras, varigenom linsens brytning av en infallande 10 15 20 25 510 565 14 elektromagnetisk våg kan instâllas, så att den bryter vågor med olika frekvenser till fokus (6).

11. Vågledarlins enligt något av krav 1 - 10, k ä n n e t e c k n a d av att den innefat- tar band bestående av ett yttre ledande skikt och en inre kärna och med homogen tjocklek och bredd.

12. Vågledarlins enligt något av hav 1 - 11, k â n n e t e c k n a d av att den innefat- tar band av dielektriskt material av homogen tjocklek och bredd utformade som cylindrar kring en linsaxel.

13. Vågledarlins enligt något av krav 1 - 12, k ä n n e t e c k n a d av att kanter på plattoma (4, 7, 10) är avfasade för att minimera reflektion.

14. Vågledarlins enligt något av krav 1 - 13, k ä n n e t e c k n a d av att kanaler (2) bildas genom avfasade kanter på plattoma resp banden i cirkulär (4, 12) och radiell led (7, 10), så att sidlober minimeras och direktivitet och sidlobsundertryckning förbättras för varje kanal (2).

15. Vågledarlins enligt något av krav 1 - 14, k ä n n e t e c k n a d av att plattomas resp bandens läge i cirkulär (4, 12) och radiell led (7, 10) avviker från parallellitet med ut- bredningsriktningen för en infallande elektromagnetisk våg, för att därmed öka direktivitet och sidlobsundertryckrring för varje kanal.

16. Vågledarlins enligt något av krav 1 - 15, k ä n n e t e c k n a d av att plattoma resp banden är anordnade med en nedtrappning av sin bredd i radiell led för att bryta en senare vågfront i fas med den tidigare och att bredden utformas med hänsyn till flera kanalers gemensamma brytningsindex.

17. Vågledarlins enligt något av krav 1 - 16, k ä n n e t e c k n a d av att strålgången från linsen till fokus (6) år inkapslad med ett avskârmande och absorberande material, så att bestrålning utanför linsaxelns riktning elimineras.

18. Vågledarlins enligt något av krav 1 - 17, kâ n n e t e c kn a d av att linsen är öppen i linsaxelns riktning (3) för att erhålla genomsläpplighet av vind.

19. Vågledarlins enligt något av hav 1 - 18, kâ n n e t e c kn a d av att plattorna resp banden innefattar ferroelektriska plattor.

20. Vågledarlins enligt något av hav 1 - 19, kâ n n e te c k n a d av att plattoma ao resp banden innefattar tunna band eller trådar.