DE10052748A1

DE10052748A1 - Planarantenne mit verbesserter Richtcharakteristik

Info

Publication number: DE10052748A1
Application number: DE10052748A
Authority: DE
Inventors: Leila Bekraoui; Thomas Eibeck
Original assignee: TECHNISAT ELEKTRONIK THUERINGE
Current assignee: TECHNISAT ELEKTRONIK THUERINGE
Priority date: 2000-10-25
Filing date: 2000-10-25
Publication date: 2002-05-29
Also published as: DE50103383D1; EP1202387B1; EP1202387A3; ATE274756T1; EP1202387A2

Abstract

Eine Planarantenne weist viele Antennenelemente auf, die unter Bildung einer orthogonalen Matrix im wesentlichen lückenlos an Kreuzungspunkten von N Spalten und M Zeilen angeordnet sind, wobei die Antennenelemente in Bezug auf eine in Spaltenrichtung verlaufende Symmetrielinie spiegelsymmetrisch angeordnet sind. Wenigstens eine mittlere Spalte weist M Antennenelemente und zumindest die beiden außen angeordneten Spalten weisen eine geringere Anzahl von Antennenelementen auf. Die Anzahl der Antennenelemente in einer Spalte ist jeweils nicht größer als die Anzahl der Antennenelemente in der näher an der Symmetrielinie liegenden benachbarten Spalte. Vorzugsweise sind die Antennenelemente in beiden orthogonalen Richtungen spiegelsymmetrisch so angeordnet, daß eine rhombusförmige Außenkontur entsteht. Ein Speisenetzwerk ist so ausgebildet, daß sich im wesentlichen gleich lange Leitwege von einem zentralen Speisepunkt zu jeden Antennenelement ergeben. Aufgrund der rhombusförmigen Außenkontur "fortgeschnittene" Antennenelemente und zugehörige Speiseleitungen werden vorzugsweise durch Gewichte (8) an Speiseleitungsverzweigungspunkten (9) kompensiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Planarantenne mit einer Mehrzahl von Antennenelementen, die unter Bildung einer or thogonalen Matrix im wesentlichen lückenlos an Kreuzungs punkten von N Spalten und M Zeilen angeordnet sind, wobei die Antennenelemente unter Bildung wenigstens einer mittle ren Spalte spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine in Richtung der Spalten verlaufende Symmetrielinie verteilt angeordnet sind.

Eine Planarantenne der eingangs genannten Art ist bei spielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 198 55 115 A1 be kannt. Sie dient beispielsweise zum Empfang von Satelliten rundfunksignalen im Frequenzbereich von 10,7 bis 12,75 GHz. Die Planarantennen weisen gegenüber den Parabolantennen eine Reihe von Vorteilen auf; beispielsweise bieten sie weniger Angriffsfläche für den Wind, sind nicht so voluminös und finden aufgrund ihres besseren optischen Eindrucks breitere Akzeptanz. Jedoch haben bekannte Planarantennen gegenüber Parabolspiegel-LNB-Antennen einige Nachteile bei den elek trischen Charakteristika, beispielsweise eine geringere Kreuzpolarisationsentkopplung, schlechtere Richtcharakteri stika und stärkere Nebenkeulen. Bei der in der genannten Of fenlegungsschrift beschriebenen verbesserten Planarantenne wurde u. a. durch eine spezielle Gestaltung der Patch-Ele mente der Antennenelemente eine verbesserte Kreuzpolarisa tionsentkopplung und Nebenkeulenunterdrückung erreicht.

Die aus der Offenlegungsschrift bekannte mehrschichtige Antennenanordnung umfaßt unter anderem eine dem Satelliten zugewandte obere metallische Schicht, in der Patch-Elemente ausgebildet sind. Die Patch-Elemente sind beispielsweise von rechteckiger Form. In einer aus Sicht des Satelliten hinter der Ebene der Patch-Elemente angeordneten Ebene sind metal lische Leiterzüge ausgebildet, die ein die Antennenelemente speisendes Speiseleitungsnetzwerk bilden. Vorzugsweise sind unter den Patch-Elementen zwei Ebenen von Speiseleitungs netzwerken ausgebildet, eines zur Speisung der horizontalen Polarisation und eines zur Speisung der vertikalen Polarisa tion. Aufgrund der dazwischen angeordneten Isolationsschich ten sind die beiden Speiseleitungsnetzwerke unterschiedlich weit von den in der oberen Ebene angeordneten Patch-Elemen ten beabstandet. Dies ist einer der Gründe, weshalb die Patch-Elemente bei gleicher Anregungsfrequenz in vertikaler und horizontaler Richtung dennoch nicht quadratisch, sondern rechteckig ausgebildet sind.

Die einzelnen mehrschichtigen Antennenelemente sind in einer Ebene matrixartig in N Spalten und M Zeilen angeord net, wobei im wesentlichen jede der N Spalten M Antennenele mente aufweist. Eine Prinzipskizze der Anordnung der Anten nenelemente ist in Fig. 1 gezeigt. Nach entsprechender Aus richtung auf den Satelliten verlaufen die Zeilen in Azimut- Richtung und die Spalten in Richtung der Elevation. Die ein zelnen Antennenelemente sind vorzugsweise äquidistant sowohl in Azimut-Richtung als auch in Elevation-Richtung angeord net, wobei die Abstände in den beiden Richtungen unter schiedlich sein können. Bei der bekannten Patch-Planaranten nenanordnung ist die in den beiden Richtungen unterschiedli che Beabstandung der Antennenelemente ebenfalls zum Teil auf die unterschiedlichen Abstände der Speiseleitungsnetzwerke zu der oberen Ebene der Patch-Elemente zurückzuführen.

Eine Planarantenne ist unter anderem durch ihre Strah lungscharakteristik gekennzeichnet, welche sich aus dem Pro dukt der Charakteristik des einzelnen Antennenelements (bei Verwendung gleicher Antennenelemente) und einem Gruppenfak tor (einer vom Raumwinkel abhängigen Funktion) ergibt. Die Gesamtanzahl der Antennenelemente bestimmt den Gewinn der Antenne, während die Anzahl der in Azimut- oder Elevation- Richtung angeordneten Elemente den Öffnungswinkel in der je weiligen Richtung bestimmt. Die Strahlungscharakteristik (Strahlungsdiagramm) enthält Nullstellen und Nebenkeulen (Maxima), welche von dem Gruppenfaktor eingebracht werden. Es wurde festgestellt, daß für eine vollständige, rechtec kige Matrix die Dämpfung an der ersten Nebenkeule etwa 13 dB beträgt. Bei einem direkten Satellitenempfang (geostationäre Rundfunksatelliten) ist dieser Wert zu gering; es wird eine Dämpfung bei der ersten Nebenkeule von mindestens 20 dB ge fordert. Eine derartige Dämpfung ist zumindest an denjenigen Stellen (Raumwinkeln) erforderlich, die einer Position von im gleichen Frequenzbereich arbeitenden Satelliten, deren Ausstrahlungen nicht empfangen werden sollen, entsprechen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Dämpfung uner wünschter Signale sowie die Unterdrückung von Störsignalen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Planaran tenne mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Planarantenne weist eine Mehrzahl von Antennenelementen auf, die unter Bildung einer orthogonalen Matrix im wesentlichen lückenlos an Kreuzungspunkten von N Spalten und M Zeilen an geordnet sind. Eine "im wesentlichen lückenlose" Anordnung bezeichnet eine Anordnung, bei der zwischen zwei in einer Spalte oder Zeile benachbarten Antennenelementen sich in der Regel kein unbesetzter Kreuzungspunkt befindet, es aber den noch möglich ist, daß innerhalb der Matrix aufgrund kon struktiver Ausnahmen (beispielsweise der Anordnung eines Speisepunktes) einige Kreuzungspunkte unbesetzt sind. Die Antennenelemente sind unter Bildung wenigstens einer mittle ren Spalte spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine in Richtung der Spalten verlaufende Symmetrielinie verteilt angeordnet. Bei einer ungeraden Anzahl von Spalten weist die Planaran tenne wenigstens eine mittlere Spalte im Sinne dieser Defi nition auf, bei einer geraden Anzahl von Spalten wenigstens zwei mittlere Spalten. Die wenigstens eine mittlere Spalte weist eine Anzahl von M Antennenelementen auf. Erfindungsge mäß haben zumindest die beiden außen angeordneten Spalten eine geringere Anzahl von Antennenelementen. Die Anzahl der Antennenelemente in jeder Spalte ist jeweils nicht größer als die Anzahl der Antennenelemente in der näher an der Sym metrielinie liegenden benachbarten Spalte. Dies bedeutet, daß die Anzahl der Antennenelemente ausgehend von der Mitte der Planarantenne nach außen hin abnimmt, wobei aber mehrere benachbarte Spalten eine gleiche Anzahl von Antennenelemen ten aufweisen können. Eine Ausnahme von dieser grundsätzli chen Regel kann durch die bereits genannte konstruktive Aus nahme eines Speisepunktes inmitten der Matrix von Antennen elementen entstehen, wenn an dieser Stelle einige wenige An tennenelemente fortgelassen werden. Es hat sich gezeigt, daß durch die symmetrische Verteilung der Anzahl der Antennen elemente in jeder Spalte, welche nach außen hin abnimmt, ei ne neuartige Planarantenne mit geringeren Nebenkeulen in Richtung der Zeilen der Matrix geschaffen wird.

Vorzugsweise sind die Antennenelemente zusätzlich spie gelsymmetrisch in Bezug auf eine in Richtung der Zeilen ver laufende Symmetrielinie angeordnet. Dadurch ergibt sich, daß in der Nähe der in Zeilenrichtung verlaufenden Symmetrieli nie angeordnete mittlere Zeilen die größte Anzahl von Anten nenelementen aufweisen und zumindest die beiden außen ange ordneten Zeilen eine geringere Anzahl von Antennenelementen aufweisen. Dies schafft eine Planarantenne, deren Nebenkeu lendämpfung auch in der Spaltenrichtung verbessert ist, das heißt, die bevorzugte Antennenanordnung hat bei entsprechen der Ausrichtung zum Satelliten eine erhöhte Nebenkeulendämp fung sowohl in Azimut-Richtung als auch in Richtung der Ele vation.

Die Abhängigkeit der Anzahl der Antennenelementen in den Spalten vom Abstand von der Symmetrielinie stellt in jedem Fall eine monoton fallende Funktion dar, das heißt, die An zahl der Antennenelemente einer weiter außen liegenden Spal te ist nicht größer als die Anzahl der Antennenelemente ei ner weiter innen liegenden Spalte. Bei einer Ausführungsform kann die Anzahl der Antennenelemente in jeder Spalte jeweils geringer als die Anzahl der Antennenelemente in der näher an der Symmetrielinie liegenden benachbarten Spalte sein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anzahl der Spalten N eine gerade Zahl. Außerdem ist die Anzahl der An tennenelemente in einer Spalte entweder gleich der Anzahl oder um eine Zahl x geringer als die Anzahl der Antennenele mente in der näher an der Symmetrielinie liegenden benach barten Spalte. Darüber hinaus haben jeweils n benachbarte Spalten die gleiche Anzahl von Antennenelementen. Die Anzahl der Spalten n ist somit gleich dem 2.n-fachen des auf die nächstgrößere ganze Zahl gerundeten Quotienten M/x. Die Zahl x ist vorzugsweise eine gerade Zahl, beispielsweise x = 2. Darüber hinaus sind die Antennenelemente vorzugsweise spie gelsymmetrisch in Bezug auf eine zwischen zwei mittleren Zeilen liegende weitere Symmetrielinie verteilt angeordnet, so daß die Antennenelemente innerhalb einer rhombusförmigen Außenkontur angeordnet sind. Beispielsweise weist eine Planarantennenanordnung dieser Art 32 Spalten und Zeilen auf (N = M = 32), wobei sich vier mittlere Zeilen bzw. Spalten mit jeweils 32 Elementen ergeben und wobei jeweils zwei be nachbarte Spalten die gleiche Anzahl von Elementen aufwei sen, wobei diese Anzahl um vier geringer ist als die des weiter innen liegenden Spaltenpaars (x = 4 und n = 2). Im übrigen sind die Antennenelemente in jeder Spalte bzw. jeder Zeile äquidistant angeordnet, wobei sich aus den oben ge nannten Gründen der Spaltenabstand von dem Zeilenabstand un terscheiden kann. Es hat sich gezeigt, daß mit einer solchen Planarantenne ein Öffnungswinkel zwischen 2° und 3° erreich bar ist (gefordert wird ein Öffnungswinkel von weniger als etwa 3,4° für den direkten Satellitenempfang). Darüber hin aus zeigte eine derartige Antennenanordnung eine Nebenkeu lendämpfung von mindestens 25 dB. Schließlich gestattet die Symmetrie der Antennenstruktur eine Rotation der Antenne um 90°, wobei die Zeilen mit den Spalten funktionell vertauscht werden. Diese Antennenanordnung ist demzufolge für Satelli tensignale mit horizontaler und vertikaler Polarisation gleichermaßen gut geeignet.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der oben genannten erfindungsgemäßen Antennenanordnungen ist ein Speisenetzwerk mit einem Speisepunkt und einem von diesem Speisepunkt zu sämtlichen Antennenelementen führenden verzweigten Netzwerk von Speiseleitungen vorgesehen, wobei das Netzwerk so ausge bildet ist, daß sich ein im wesentlichen gleich langer Leit weg von dem Speisepunkt zu jedem Antennenelement ergibt. Der Entwurf eines derartigen Speisenetzwerks wäre im Falle einer herkömmlichen Antennenanordnung mit einer konstanten Anzahl von Antennenelementen in jeder Spalte auf relativ einfache Weise symmetrisch zu realisieren. Die Realisierung wird je doch schwierig im Falle der erfindungsgemäßen Antennenanord nung, bei der äußere Spalten und Zeilen eine geringere An zahl von Antennenelementen aufweisen. Bei einer bevorzugten Weiterbildung, bei der die Anzahl der Zeilen und Spalten gleich Zweierpotenzen entsprechen (N = 2^a und M = 2^b, wobei a und b ganze Zahlen größer als 1 sind), wird das Netzwerk von Speiseleitungen ausgebildet, indem (a) von einer fikti ven rechteckigen Anordnung von N Spalten mit jeweils M An tennenelementen ausgegangen wird, (b) ein fiktives Speise netzwerk konstruiert wird, indem (b1) für sämtliche Anten nenelemente der N Spalten und M Zeilen die Speiseleitungen von jeweils zwei in einer Zeile oder Spalte benachbarten An tennenelementen zu jeweils einer ersten Gruppe zusammenge führt werden, wobei jeweils ein Speiseleitungsverzweigungs punkt gebildet wird, von dem im wesentlichen gleich lange Speiseleitungen zu den Antennenelementen führen, (b2) für sämtliche ersten Gruppen die Speiseleitungen von jeweils zwei in Spalten- oder Zeilenrichtung benachbarten ersten Gruppen zu jeweils einer weiteren Gruppe zusammengeführt werden, wobei jeweils ein weiterer Speiseleitungsverzwei gungspunkt gebildet wird, von dem im wesentlichen gleich lange Speiseleitungen zu den zuvor gebildeten Speiselei tungsverzweigungspunkten führen, (b3) für sämtliche weiteren Gruppen dieses Zusammenführen so oft wiederholt wird, bis die Speiseleitungen sämtlicher Antennenelemente an den Speisepunkt zusammengeführt sind, (b4) aus der so gebildeten fiktiven Anordnung von N.M Antennenelementen diejenigen An tennenelemente eliminiert werden, die in der Planarantenne nicht enthalten sind, und (b5) diejenigen Zweige der fikti ven Speiseleitungen, die ausschließlich zu den im Schritt (b4) eliminierten Antennenelementen führen, eliminiert wer den, und (c) das Netzwerk von Speiseleitungen entsprechend dem im Schritt (b) gebildeten fiktiven Speisenetzwerk ausge bildet wird. Bei einer Planarantenne der bevorzugten Ausfüh rungsform mit einer rhombusförmigen Außenkontur werden zu sätzlich im Schritt (c) die sich über die rhombusförmige Außenkontur hinaus erstreckenden Leitungsabschnitte des fik tiven Speisenetzwerks durch etwa gleich lange Leitungsab schnitte innerhalb der rhombusförmigen Außenkontur ersetzt. Die erfindungsgemäße Ausbildung des Speisenetzwerks gestat tet eine symmetrische Speisung, die Phasenfehler vermeidet und eine gute Richtcharakteristik mit geringen Nebenkeulen hervorbringt. Unter "im wesentlichen gleich langen" Speise leitungen sollen in erster Näherung Speiseleitungen mit gleicher geometrischer Länge verstanden werden. Selbstver ständlich sollen darunter auch solche Speiseleitungen ver standen werden, die eine gleiche "Leitweglänge" derart auf weisen, daß die sich im bevorzugten Frequenzbereich entlang der Leitung ausbreitenden Signale mit etwa der gleichen Pha senlage am Speisepunkt zu einzutreffen.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Speisenetzwerks wird im Schritt (b6) jeder eliminierte Zweig des fiktiven Speisenetzwerks durch ein die Wirkung des eliminierten Zweigs (Leitung + Antennenelement) nachbildendes Gewicht er setzt, wobei das Gewicht an demjenigen Speiseleitungsver zweigungspunkt des Speisenetzwerks hinzugefügt wird, von dem eine direkte Zweigleitung zu demjenigen fiktiven Speiselei tungsverzweigungspunkt führt, an dem der eliminierte Zweig endete. Das Hinzufügen der Kompensationsgewichte verbessert die Richtcharakteristik, indem eine Schwenkung der Haupt keule vermieden wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeich nungen beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung der Antennenelemente bei einer bekannten Planarantenne;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsge mäßen symmetrischen Anordnung von Spalten von Antennenele menten;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer bevorzugten symmetrischen Anordnung von Spalten mit vorgegebenen Anzah len von Antennenelementen;

Fig. 4 eine schematische Darstellung der symmetrischen Anordnung der Antennenelemente innerhalb einer rhombusförmi gen Außenkontur;

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Ausbildung des Speiseleitungsnetzwerks bei der erfindungsgemäßen Antennen anordnung; und

Fig. 6 eine Darstellung des Speiseleitungsnetzwerks bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Planarantenne.

Fig. 1 zeigt schematisch die bereits einleitend be schriebene bekannte Anordnung von Antennenelementen. Die Planarantennenanordnung 1 weist eine Vielzahl von Antennen elementen 2 auf, die an Kreuzungspunkten von orthogonalen Zeilen und Spalten angeordnet sind. In Fig. 1 sind die An tennenelemente als kreisförmige Flecke dargestellt. Die An tennenelemente können jedoch, von irgendeiner geeigneten Form sein, beispielsweise die in der eingangs genannten Offenle gungsschrift DE 198 55 115 A1 beschriebene rechteckige Form haben. Die Gruppenantenne 1 besteht aus N Spalten mit je weils M Antennenelementen. Wird die Antenne 1 zu einem Sa telliten hin ausgerichtet, so erstrecken sich die Zeilen in Azimut-Richtung, während die Spalten in Richtung der Eleva tion ausgerichtet sind. Die Antennenelemente 2 sind äquidistant angeordnet, wobei der Abstand d_a der Antennenelemente 2 in Azimut-Richtung verschieden vom Abstand d_e der Anten nenelemente 2 in Richtung der Elevation sein kann.

Fig. 2 veranschaulicht ein Grundprinzip der Anordnung der Antennenelemente bei der erfindungsgemäßen Planaran tenne. Wie auch bei dem in Fig. 1 veranschaulichten Stand der Technik sind die Antennenelemente in Spalten angeordnet, wobei jede Spalte eine vorgegebene Anzahl von Antennenele menten aufweist. Die Spalten sind wiederum äquidistant mit dem Abstand d_a angeordnet. Die beiden äußeren Spalten 3 wei sen eine Anzahl A von Antennenelementen auf. Die den äußeren Spalten benachbarten Spalten 4 umfassen jeweils B Antennen elemente. Die nachfolgenden, weiter innen angeordneten Spal ten 5 haben jeweils C Antennenelemente. Diese Symmetrie setzt sich nach innen fort, so daß für die Anordnung der An tennenelemente eine sich in Spaltenrichtung bzw. in Richtung der Elevation erstreckende Symmetrielinie 6 gebildet wird. Die Anzahl A, B, C, . . . der Antennenelemente in jeder Spalte steigt in Richtung der Symmetrielinie 6 an, wobei die Anzahl der Antennenelemente in einer Spalte nicht größer als die Anzahl der Antennenelemente in einer näher an der Symmetrie linie 6 liegenden Spalte ist.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer bevor zugten Anordnung von Spalten 7 von Antennenelementen, deren Anzahl symmetrisch zur Symmetrielinie 6 verteilt ist. Bei dieser Anordnung weisen die am nächsten an der Symmetrieli nie 6 liegenden Spalten eine maximale Anzahl M von Antennen elementen auf. Die Anzahl der Antennenelemente nimmt dann nach außen hin von Spalte zu Spalte um jeweils x Antennen elemente ab. Die äußeren Spalten weisen M - kx Antennenelemen te auf, wobei k gleich der um 1 verminderten Hälfte der Spaltenanzahl N (k = N/2 - 1) ist. Die Spalten sind wiederum äquidistant mit dem Abstand d_a angeordnet.

In den Fig. 2 und 3 sind weder die einzelnen Anten nenelemente noch deren Ausrichtung in Zeilenrichtung darge stellt. Es sei aber darauf hingewiesen, daß sich die benachbarten Antennenelemente der benachbarten Spalten (soweit vorhanden) in etwa der gleichen vertikalen Position (Elevation) befinden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Antennenelemente darüber hinaus auch in vertikaler Richtung symmetrisch angeordnet, so daß sich eine orthogo nale weitere Symmetrielinie zwischen den mittleren Zeilen oder auf der mittleren Zeile ergibt.

Fig. 4 zeigt eine derartige bevorzugte Anordnung der Antennenelemente, bei der die Anzahl M der Zeilen und die Anzahl N der Spalten gerade Zahlen sind und die Anzahl der Antennenelemente von Spalte zu Spalte nach außen um jeweils zwei Antennenelemente abnimmt. Dadurch ergibt sich die in Fig. 4 dargestellte Rhombusform.

Fig. 5 veranschaulicht die Ausbildung der Speiseleitun gen bzw. des sich symmetrisch verzweigenden Speiseleitungs netzwerks, wobei zur Vereinfachung nur die Speiseleitungen für eine Anregungsrichtung (z. B. vertikal) dargestellt sind. Zunächst wird von einer fiktiven Anordnung von Anten nenelementen in N Spalten und M Zeilen ausgegangen, bei der jede Spalte M Elemente aufweist. Die in der daraus abgelei teten, erfindungsgemäßen Antennenanordnung belassenen Anten nenelemente sind grau schattiert dargestellt, während die später entfallenden Antennenelemente der fiktiven Anordnung durch eine gepunktete Umrißlinie veranschaulicht sind. Aus gehend von dieser fiktiven Gesamtanordnung der Antennenele mente werden über die gesamte Matrix hinweg jeweils zwei in Spaltenrichtung benachbarte Antennenelemente zusammengefaßt, das heißt, es werden die Speiseleitungen dieser zusammenge faßten Antennenelemente an einem ersten Verzweigungspunkt derart zusammengeführt, daß die Längen der beiden Speiselei tungen von diesem Verzweigungspunkt zu den Antennenelementen gleich sind. Nachdem sämtliche Antennenelemente der fiktiven Anordnung auf diese Weise paarweise zusammengeführt sind, werden jeweils zwei in Zeilenrichtung benachbarte Paare oder Zweiergruppen zusammengefaßt, indem die Speiseleitungen aus gehend von den ersten Verzweigungspunkten dieser Paare zu einem gemeinsamen weiteren Verzweigungspunkt durch gleich lange Leitungen verbunden werden. Somit werden 4er-Gruppen von Antennenelementen gebildet. Anschließend werden wiederum in Spaltenrichtung benachbarte 4er-Gruppen von Antennenele menten zusammengefaßt, indem gleich lange Speiseleitungen von den zuletzt gebildeten Verzweigungspunkten der 4er-Grup pen zu einem weiteren Verzweigungspunkt einer 8er-Gruppe zu sammengeführt werden. Schließlich ist auf der rechten Seite von Fig. 5 noch dargestellt, wie in Zeilenrichtung benach barte 8er-Gruppen von Antennenelementen zusammengefaßt wer den, indem gleich lange Leitungen von den zuletzt gebildeten Verzweigungspunkten der 8er-Gruppen zu einem gemeinsamen Verzweigungspunkt einer 16er-Gruppe zusammengeführt werden. Von diesem zuletzt gebildeten Verzweigungspunkt, der auf der rechten Seite von Fig. 5 mittig dargestellt ist, führt eine gemeinsame Speiseleitung der 16er-Gruppe nach unten. Wie sich aus der Darstellung auf der linken Seite von Fig. 5 entnehmen läßt, gibt es vier derartige Gruppen von 16 Anten nenelementen, wobei die Speiseleitungen von jeweils zwei in Spaltenrichtung benachbarten Gruppen von 16 Antennenelemen ten zusammengeführt werden. Schließlich werden die beiden jeweils 32 Antennenelemente speisenden Leitungen in der Mitte des Rhombus an einem Speisepunkt zusammengeführt (nicht dargestellt in Fig. 5).

Von dem so gebildeten fiktiven Speisenetzwerk gelangt man zu dem Speisenetzwerk der erfindungsgemäßen Antennenan ordnung, indem zunächst die außerhalb der rhombusförmigen Umrandung liegenden Antennenelemente fortgelassen werden und anschließend diejenigen Speiseleitungen eliminiert werden, die ausschließlich zu eliminierten Antennenelementen führen. Diese sind auf der rechten Seite von Fig. 5 durch gepunk tete Linien dargestellt. Das in Fig. 5 mit durchgezogenen Linien schematisch dargestellte verbleibende Speisenetzwerk wird nunmehr auf der erfindungsgemäßen Antennenanordnung realisiert. Die eliminierten Antennenelemente mit ihren zu gehörigen Speiseleitungen werden anschließend durch geeignete Gewichte an den verbliebenen, nunmehr asymmetrischen Speiseleitungen ersetzt. Diese Gewichte, die an geeigneten Stellen der Verzweigungspunkte angeordnet werden, sind in Fig. 5 nicht gezeigt.

Fig. 6 zeigt ein Speiseleitungsnetzwerk einer Ebene für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Planarantenne. Die bevorzugte Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Planarantenne weist 32 Spalten und 32 Zeilen auf (N = M = 32). Es gibt jeweils vier mittlere Spalten bzw. Zeilen mit jeweils 32 Antennenelementen. Nach außen hin nimmt die Anzahl der Antennenelemente in den Spalten ab, wo bei jeweils ein Paar benachbarter Spalten die gleiche Anzahl von Antennenelementen aufweist und wobei die Anzahl der An tennenelemente dieses Spaltenpaares um 4 geringer ist als die Anzahl der Antennenelemente des näher an der Symmetrie linie liegenden Spaltenpaares. Eine Ausnahme bilden ledig lich die beiden mittleren Spalten, die unmittelbar rechts neben der Symmetrielinie angeordnet sind. Dort sind in den beiden oberhalb der waagerechten Symmetrielinie angeordneten Zeilen die Antennenelemente fortgelassen, um ausreichend Platz für die Montage des Speisepunktes zu schaffen. Die Ge samtzahl der Antennenelemente beträgt somit 4.(256 - 112) - 4 = 576 - 4 = 572.

Fig. 6 zeigt die bevorzugte Ausführungsform des Speise netzwerks für eine Polarisationsrichtung. Der Speisepunkt befindet sich etwa in der Mitte der symmetrischen Anordnung, wobei an dieser Stelle eine Gruppe von vier Antennenelemen ten fortgelassen wurde. Auf der rechten Seite von Fig. 6 ist eine Ausschnittsvergrößerung dargestellt. In dieser Aus schnittsvergrößerung sind die zur Kompensation der Wirkung der fortgelassenen Antennenelemente eingefügten Gewichte 8 veranschaulicht. Diese Gewichte sind als Verbreiterungen der Leiterzüge des Speiseleitungsnetzwerks sichtbar. Sie sind jeweils an den Speiseleitungsverzweigungspunkten 9 ausgebil det, von denen jeweils eine direkte Zweigleitung 10 zu den jenigen Punkten 11 führt, an denen das fiktive vollständige Speiseleitungsnetzwerk jeweils eine Verzweigung zu der fort gelassenen Gruppe von Antennenelementen aufwies. Die ver breiterten Leiterzüge 8 beginnen an den jeweiligen Verzwei gungspunkten 9 und erstrecken sich entgegen der Richtung der direkten Zweigleitungen 10.

Bei dem bevorzugten Speiseleitungsnetzwerk gemäß Fig. 6 ist ferner zu erkennen, daß Leiterzüge des fiktiven Speise netzwerks der vollständigen Matrix der Gruppenantenne, die sich über den Rand der rhombusförmigen Außenkontur erstrec ken würden, durch Leiterzüge 12, 13 ersetzt wurden, die in nerhalb der rhombusförmigen Umrandung liegen, aber dennoch etwa die gleiche Länge wie die ursprünglichen fiktiven Lei terzüge aufweisen. Diese Leiterzüge umfassen eine in der Nä he der rhombusförmigen Außenkontur liegende Abkürzungsstrec ke 12 und eine diese Leiterzugverkürzung kompensierende Mäanderschleife 13.

Messungen an einer praktisch ausgeführten Planarantenne der bevorzugten Ausführungsform ergaben Nebenkeulen, die im gesamten Frequenzband (10,70 GHz bis 12,75 GHz) mehr als 20 dB unterhalb der Maximalempfindlichkeit in der Hauptkeule lagen. Bei einigen Frequenzen war die Dämpfung größer als 35 dB. Die sich in der Hauptrichtung (0°) erstreckende Haupt keule wies einen Öffnungswinkel zwischen 2° und 3° auf.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche alter native Ausführungsformen denkbar. Während die Antennenele mente bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel für eine ver tikale und horizontale Polarisation ausgebildet sind, lassen sich die erfindungsgemäßen Prinzipien auch auf Antennenele mente mit zirkularer Polarisation anwenden. Dabei bleibt die Anordnung der Antennenelemente unverändert; es wird ledig lich der Art der Anregung verändert.

Claims

1. Planarantenne mit einer Mehrzahl von Antennenelemen ten (2), die unter Bildung einer orthogonalen Matrix im we sentlichen lückenlos an Kreuzungspunkten von N Spalten und M Zeilen angeordnet sind,
wobei die Antennenelemente (2) unter Bildung wenigstens einer mittleren Spalte spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine in Richtung der Spalten verlaufende Symmetrielinie (6) ver teilt angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die wenigstens eine mittlere Spalte eine Anzahl von M Antennenelementen aufweist und zumindest die beiden außen angeordneten Spalten eine geringere Anzahl von Antennenele menten aufweisen und
daß die Anzahl der Antennenelemente in jeder Spalte je weils nicht größer als die Anzahl der Antennenelemente in der näher an der Symmetrielinie liegenden benachbarten Spal te ist.

2. Planarantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Antennenelemente zusätzlich spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine in Richtung der Zeilen verlaufende Symme trielinie angeordnet sind.

3. Planarantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Anzahl der Antennenelemente in jeder Spalte je weils geringer als die Anzahl der Antennenelemente in der näher an der Symmetrielinie liegenden benachbarten Spalte ist.

4. Planarantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Spalten von Antennenelementen äquidistant in einem ersten Abstand (d_a) voneinander angeordnet sind und daß die Zeilen von Antennenelementen äquidistant in einem zweiten Abstand (d_e) voneinander angeordnet sind.

5. Planarantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Anzahl der Spalten N eine gerade Zahl ist.

6. Planarantenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net,
daß die Anzahl der Antennenelemente in einer Spalte ent weder gleich der Anzahl oder um eine Zahl x geringer als die Anzahl der Antennenelemente in der näher an der Symmetrieli nie liegenden benachbarten Spalte ist und
daß jeweils n benachbarte Spalten die gleiche Anzahl von Antennenelementen haben, wobei die Anzahl der Spalten N gleich dem 2.n-fachen des auf die nächstgrößere ganze Zahl gerundeten Quotienten M/x ist.

7. Planarantenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß x eine gerade Zahl ist.

8. Planarantenne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß die Antennenelemente spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine zwischen zwei mittleren Zeilen liegende weitere Symmetrielinie verteilt angeordnet sind, so daß die Antenne nelemente innerhalb einer rhombusförmigen Außenkontur ange ordnet sind.

9. Planarantenne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß N = M = 32, x = 4 und n = 2 sind.

10. Planarantenne nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Speisenetzwerk mit einem Speisepunkt und einem von die sem Speisepunkt zu sämtlichen Antennenelementen führenden verzweigten Netzwerk von Speiseleitungen, das so ausgebildet ist, daß sich ein im wesentlichen gleich langer Leitweg von dem Speisepunkt zu jedem Antennenelement ergibt.

11. Planarantenne nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net,
daß N = 2^a und M = 2^b ist, wobei a und b ganze Zahlen größer als 1 sind, und
daß das Netzwerk von Speiseleitungen ausgebildet wird, indem

a) von einer fiktiven rechteckigen Anordnung von N Spalten mit jeweils M Antennenelementen ausgegangen wird,
b) ein fiktives Speisenetzwerk konstruiert wird, indem
- 1. für sämtliche Antennenelemente der N Spal ten und M Zeilen die Speiseleitungen von jeweils zwei in einer Zeile oder Spalte benachbarten An tennenelementen zu jeweils einer ersten Gruppe zu sammengeführt werden, wobei jeweils ein Speiselei tungsverzweigungspunkt gebildet wird, von dem im wesentlichen gleich lange Speiseleitungen zu den Antennenelementen führen,
- 2. für sämtliche ersten Gruppen die Speise leitungen von jeweils zwei in Spalten- oder Zei lenrichtung benachbarten ersten Gruppen zu jeweils einer weiteren Gruppe zusammengeführt werden, wo bei jeweils ein weiterer Speiseleitungsverzwei gungspunkt gebildet wird, von dem im wesentlichen gleich lange Speiseleitungen zu den zuvor gebilde ten Speiseleitungsverzweigungspunkten führen,
- 3. für sämtliche weiteren Gruppen dieses Zu sammenführen sooft wiederholt wird, bis die Spei seleitungen sämtlicher Antennenelemente an dem Speisepunkt zusammengeführt sind,
- 4. aus der so gebildeten fiktiven Anordnung von N.M Antennenelementen diejenigen Antennenele mente eliminiert werden, die in der Planarantenne nicht enthalten sind, und
- 5. diejenigen Zweige der fiktiven Speiselei tungen, die ausschließlich zu den im Schritt b4) eliminierten Antennenelementen führen, eliminiert werden, und
c) das Netzwerk von Speiseleitungen entsprechend dem im Schritt b) gebildeten fiktiven Speisenetzwerk ausgebildet wird.

12. Planarantenne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net,
daß N = 2^a und M = 2^b ist, wobei a und b ganze Zahlen größer als 1 sind, und
daß das Netzwerk von Speiseleitungen ausgebildet wird, indem

a) von einer fiktiven rechteckigen Anordnung von N Spalten mit jeweils M Antennenelementen ausgegangen wird,
b) ein fiktives Speisenetzwerk konstruiert wird, indem
- 1. für sämtliche Antennenelemente der N Spal ten und M Zeilen die Speiseleitungen von jeweils zwei in einer Zeile oder Spalte benachbarten An tennenelementen zu jeweils einer ersten Gruppe zu sammengeführt werden, wobei jeweils ein Speiselei tungsverzweigungspunkt gebildet wird, von dem im wesentlichen gleich lange Speiseleitungen zu den Antennenelementen führen,
- 2. für sämtliche ersten Gruppen die Speise leitungen von jeweils zwei in Spalten- oder Zei lenrichtung benachbarten ersten Gruppen zu jeweils einer weiteren Gruppe zusammengeführt werden, wo bei jeweils ein weiterer Speiseleitungsverzwei gungspunkt gebildet wird, von dem im wesentlichen gleich lange Speiseleitungen zu den zuvor gebilde ten Speiseleitungsverzweigungspunkten führen,
- 3. für sämtliche weiteren Gruppen dieses Zu sammenführen sooft wiederholt wird, bis die Spei seleitungen sämtlicher Antennenelemente an dem Speisepunkt zusammengeführt sind,
- 4. aus der so gebildeten fiktiven Anordnung von N.M Antennenelementen diejenigen Antennenele mente entfernt werden, die in der Planarantenne nicht enthalten sind, und
- 5. diejenigen Zweige der fiktiven Speiselei tungen, die ausschließlich zu den im Schritt b4) eliminierten Antennenelementen führen, eliminiert werden, und
c) das Netzwerk von Speiseleitungen entsprechend dem im Schritt b) gebildeten fiktiven Speisenetzwerk ausgebildet wird, wobei die sich über die rhombusför mige Außenkontur hinaus erstreckenden Leitungsab schnitte des fiktiven Speisenetzwerks durch etwa gleich lange Leitungsabschnitte (12, 13) innerhalb der rhombusförmige Außenkontur ersetzt werden.

13. Planarantenne nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge kennzeichnet, daß im Schritt b):

1. jeder eliminierte Zweig des fiktiven Speisenetzwerks durch ein die Wirkung des eliminierten Zweigs nachbildendes Gewicht (8) ersetzt wird, wobei das Gewicht (8) an demjeni gen Speiseleitungsverweigungspunkt (9) des Speisenetzwerks hinzugefügt wird, von dem eine direkte Zweigleitung (10) zu dem fiktiven Speiseleitungsverweigungspunkt (11), an dem der eliminierte Zweig endete, führt.