DE102010014916A1

DE102010014916A1 - Phasengesteuerte Gruppenantenne

Info

Publication number: DE102010014916A1
Application number: DE201010014916
Authority: DE
Inventors: Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Strauß Georg; Klaus Breitsameter
Original assignee: Aeromaritime Systembau GmbH
Current assignee: Aeromaritime Systembau GmbH
Priority date: 2010-04-14
Filing date: 2010-04-14
Publication date: 2011-10-20
Anticipated expiration: 2030-04-15
Also published as: EP2381531B1; DE102010014916B4; EP2381531A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gruppenantenne mit wenigstens zwei Einzelstrahlerelementen. Erfindungsgemäß werden die Einzelstrahlerelemente durch leer laufende Bandleitungen (Parallelplattenleitungen) gebildet, die durch ein spezielles Speisenetzwerk gespeist werden, das ebenfalls in Bandleitungstechnik aufgebaut ist. Vorzugsweise erfolgt eine Ansteuerung der Gruppenantenne über kohärente Gruppen aus in Reihen angeordneten Einzelstrahlerelementen. Hierbei können die abstrahlenden offenen Enden von jeweils zwei der in einer Reihe angeordneten benachbarten Einzelstrahlerelemente zueinander senkrecht stehen, um bei entsprechender Speisung ein zirkulares Antennenelement zu bilden.

Description

I. Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gruppenantenne, insbesondere eine phasengesteuerte, elektrisch schwenkbare Gruppenantenne.
II. Technischer Hintergrund
Für den Austausch von Information durch elektromagnetische Signale im freien Raum sind Antennen mit großem Antennengewinn und gleichzeitig kleinem Eigenrauschen insbesondere dann von großer Bedeutung, falls die zu empfangenen Signale schwach sind bzw. der Abstand zwischen Sender und Empfänger wie z. B. bei der Kommunikation unter Beteiligung von Satelliten groß ist.
Sind Sender oder Empfänger mobil, das heißt es kann sich sowohl die Position als auch die Orientierung des Senders oder Empfängers verändern, muss die Hauptstrahlrichtung der Antenne so eingestellt werden können, dass diese in Richtung des Empfängers oder Senders zeigt. Dies erfordert folglich die Möglichkeit, die Antenne um mindestens zwei Achsen verschwenken zu können. Dies kann entweder durch eine mechanische Ausrichtung der Antenne oder durch eine grundsätzliche Änderung der Strahlcharakteristik der Antenne erzielt werden.
In diesem Zusammenhang existieren im Stand der Technik verschiedene SatCom Anlagen für mobile Plattformen, bei denen eine parabolische Hochgewinnantenne oder eine Hornantenne mechanisch um zwei Achsen geschwenkt wird (siehe z. B. Zaghloul, A. I.; Gupta, R. K.; Kohls, E. C.; Sun, L. Q.; Allnutt, R. M.; Low cost flat antennas for commercial and military SATCOM terminals, Military Communications Conference, 2001. MILCOM 2001. Communications for Network-Centric Operations: Creating the Information Force. IEEE Volume 2, 28–31 Oct. 2001 Page(s): 795–799 vol. 2)
Sowohl der Antennengewinn als auch die Strahlungseffizienz parabolischer Reflektorantennen sind typischerweise außerordentlich hoch. Bedingt durch die große Richtwirkung ist die Keulenbreite klein, die Antenne muss deswegen typischerweise auf 1° genau sowohl in azimutaler Richtung als auch in Richtung der Elevation Richtung positioniert werden. Bewegt sich die Plattform, muss eine exakte Ausrichtung der Antenne schnell erfolgen, damit eine ausreichende Datenrate garantiert werden kann. Dies erfordert einen sehr hohen mechanischen und regelungstechnischen Aufwand.
Neben mechanisch auszurichtenden Antennen sind aus dem Stand der Technik weiterhin unterschiedlicher Ansätze bekannt, Gruppenantennen, die folglich aus mehreren diskreten und im wesentlichen regelmäßig angeordneten Strahlern bestehen, elektronisch zu schwenken (siehe z. B. Parker, D.; Zimmermann, D. C.: Phased arrays – part 1: theory and architectures, Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions an Volume 50, Issue 3 March 2002 Page(s): 678–687 oder Mailloux, R. J., Phased Array Antenna Handbook, Artech House; Auflage: 2nd (April 2005)).
Derartige Gruppenantennen werden üblicherweise sowohl in planarer Schaltungstechnik als auch in Hohlleitertechnik aufgebaut (siehe z. B. Volakis, J. L. Antenne Engineering Handbook, Mac Graw Hill, 4th (2007) oder Cicolani, M.; Farina, A.; Giaccari, E.; Madia, F.; Ronconi, R.; Sabatini S.; Some phased array systems and technologies in AMS, Phased Array Systems and Technology, 2003. IEEE International Symposium an 14–17 Oct. 2003 Page(s): 23–30).
Insbesondere erfordern Planare Konzepte einen verhältnismäßig geringen technologischen Aufwand und haben sich daher in vielen Anwendungsbereichen durchgesetzt. Nachteile sind allerdings eine verhältnismäßig geringe Strahlungseffizienz von typischerweise maximal 60%. Handelt es sich bei den einzelnen Strahlerkonzepten um so genannte Patch-Antennen, ist deren Einsetzbarkeit auf eine geringe Bandbreite von typischerweise 10% begrenzt. Ein zusätzlicher Nachteil ist der relativ kleine elektrische Schwenkwinkel von maximal ± 30°. Grund hierfür ist die verhältnismäßig starke Abweichung der Strahlcharakteristik einer einzelnen Patch-Antenne von einem isotropen (Kugel-)Strahler.
Ein anderer Zugang besteht in der Verwendung von Vivaldi-Antennen als Einzelstrahler (siehe z. B. Holter, H; Chio, T.; Schaubert, D.: Experimental Results of 144-Element Dual-Polarized Endfire Tapered-Slot Phased Arrays, IEEE Transact. On Antennas and Propag., vol. 48, N0. 11, November 2000). Auch hier ist jedoch die Strahlungseffizienz typischerweise auf maximal 60% beschränkt.
Soll ein entsprechendes Antennensystem weiterhin gleichzeitig zum Empfangen und Senden genutzt werden (sog. vollständiger Duplexbetrieb, engl. full duplex Operation), so ist eine extrem hohe Trennschärfe zur Unterscheidung der gesendeten und empfangenen Signale zwingend notwendig, da die Leistung des empfangenen Signals ca. um einen Faktor von 10¹⁵ kleiner ist, als die des gesendeten Signals. Zur Trennung der Signale können vorzugsweise Filter eingesetzt werden, die Sende- und Empfangssignal voneinander isolieren und die Signalqualität möglichst wenig beeinträchtigen. Jedoch bereitet bei den vorstehend genannten Ansätzen der Verwendung planarer Strahler oder Vivaldi-Antennen die Integration hochgütiger Filter wie z. B. Hohlleiterfilter große Schwierigkeiten.
Ein alternatives Konzept zur Konstruktion phasengesteuerter Gruppenantennen beruht auf der Verwendung von Hornantennen (offene bzw. leerlaufende Hohlleiter) als Einzelstrahler. Solche Gruppen eignen sich im Wesentlichen ideal für die Integration hochgütiger Hohlleiterfilter zum Ermöglichen eines vollständigen Duplexbetriebs. Allerdings darf der Abstand zwischen den einzelnen Strahlerelementen bei gegebenem maximalem Schwenkwinkel einen bestimmten Maximalwert nicht überschreiten, um unerwünschte zusätzliche Beugungsmaxima (engl.: Grating Lobes) zu unterdrücken, während gleichzeitig ein einzelnes Antennenelemente größer als λ_low/2 sein muss, damit ausbreitungsfähige elektromagnetische Wellen geführt werden können. Daher ist es nicht möglich, aus Hornantennen eine Antennengruppe zusammenzusetzen, die eine Verwendung in dem geforderten großen Schwenkwinkelbereich ermöglichen würde.
Zusammengefasst zeigen herkömmliche elektronisch schwenkbare Gruppenantennen entweder eine ausreichend gute Strahlungseffizienz und Richtwirkung nur in einem kleinen Schwenkwinkelbereich von typischerweise ±10° oder eine erhebliche Verringerung der Richtwirkung bei größerem Schwenkwinkel (ca. Halbierung der Richtwirkung bei einem Schwenkwinkel von ±45°) bei gleichzeitig wesentlich ungünstigerer Strahlungseffizienz von lediglich 60%. Auch ist ein vollständiger Duplexbetrieb aufgrund der notwendigen Signaltrennung ohne zusätzliche unerwünschte Verluste kaum möglich.
Somit können die aus dem Stand der Technik bekannten Systeme nicht gleichzeitig die hohen Anforderungen an den Schwenkwinkel, die Verluste, die einsetzbare (Frequenz) Bandbreite erfüllen und hierbei Full-Duplex-Funktionalität sowie die Verarbeitung links- und rechtszirkular polarisierte Signale bei akzeptabler Kreuzpolarisationsentkopplung zu bieten.
III. Darstellung der Erfindung
a) Technische Aufgabe
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, ein full-duplex-fähiges Antennensystem zu schaffen, das die vorstehend genannten Unzulänglichkeiten der aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen beseitigt.
b) Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Auch wenn im Folgenden im Wesentlichen über die Verwendung des erfindungsgemäßen Antennensystems zum Senden gesprochen wird bzw. spezielle Sendeeigenschaften der erfindungsgemäßen Antenne erwähnt werden, ist offensichtlich, dass die erfindungsgemäße Antenne zum Empfang entsprechend geeignet ist und entsprechende Empfangseigenschaften hat, da die verwendeten Strukturen reziproke elektromagnetische Eigenschaften aufweisen.
Erfindungsgemäß wird demzufolge eine Gruppenantenne vorgeschlagen, die zumindest zwei Einzelstrahlerelemente umfasst, die jeweils von einer leer laufenden Bandleitung (Parallelplattenleitungen) gebildet werden.
Die Verwendung leer laufender Bandleitungen als Einzelstrahlerelemente ermöglicht eine reflexionsarme Speisung über eine große Bandbreite, da die Einzelstrahlerelemente nicht in Resonanz betrieben werden, wie es z. B. bei Patchantennen der Fall ist. Auch sind die Verluste der Einzelstrahlerelemente sehr klein. Weiterhin können die Abstände zwischen den Einzelstrahlerelementen kleiner als die halbe Freiraumwellenlänge gewählt werden, wodurch sich sehr große Schwenkwinkel erzielen lassen, ohne dass infolge der Gruppenanordnung zusätzliche Beugungsmaxima s. o. (Keulen) entstehen (grating lobes). Dies ist z. B. bei einer Gruppenantenne, bei der als Einzelstrahlerelemente Hornantennen bzw. leer laufende Hohlleiterantennen verwendet werden, nicht möglich. Auch können die Einzelstrahlelemente in Form von leer laufenden Bandleitungen derart gestaltet werden, dass sie eine große 3dB Keulenbreite (sog. half power beam width) aufweisen, wodurch der Antennengewinn nahezu unabhängig vom Schwenkwinkel wird. Schließlich weisen erfindungsgemäß verwendete Einzelstrahlelemente in Form von leer laufenden Bandleitungen eine verhältnismäßig geringe elektromagnetische Verkopplung auf.
Da weiterhin Verlust- und Reflexionsarme Wellenleitungsübergänge von einer Parallelplattenleitung auf einen Rechteckhohlleiter, Steghohlleiter oder eine Koaxialleitung möglich sind, können viele bekannte Möglichkeiten der Einspeisung von planaren Wellenleitungstypen wie Koplanarleitung, Mikrostreifenleitung o. ä. genutzt werden.
Zur Realisierung der erfindungsgemäßen Bandleitungen können vorzugsweise zwei alternative Bandleitungsstrukturen zum Einsatz kommen. Vorzugsweise wird in der erfindungsgemäßen Gruppenantenne die rein transversale elektromagnetischen Wellentyps TE00 (rein transversal-elektromagnetischer Wellentyp) angeregt und genutzt, wobei die Bandleitungen in Ausbreitungsrichtung der Welle im Wesentlichen translationsinvariant sein sollten.
In der ersten Variante können die Bandleitungen aus zwei im Wesentlichen parallel zueinander und beabstandet voneinander angeordneten Bändern aus einem Isolatormaterial bestehen, deren gegenüberliegende Innenflächen mit einem Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit beschichtet sind, wobei zwischen den Bändern ein Zwischenisolatormaterial angeordnet ist. Bei dieser Bandleitungsstruktur sollte das Zwischenisolatormaterial einen möglichst kleinen dielektrischen Verlustwinkel und eine homogene und isotrope elektrische Permittivität aufweisen. Beispiel für als Zwischenisolatormaterial verwendbare Materialien sind Luft oder Rohacell.
Das Isolatormaterial der Bänder sollte möglichste gute isolierende Eigenschaften besitzen, wobei z. B. Kunststoffe allgemein oder Kunststoffschäume wie PVC, Polystyrol oder ähnliches eingesetzt werden können.
Das Material, mit dem die gegenüberliegenden Innenflächen der Bänder beschichtet wird, sollte eine möglichst große elektrische Leitfähigkeit bei möglichst kleiner Oberflächenrauheit besitzen. Hierbei kann es sich Beispielsweise um eine metallische Beschichtung aus Silber, Kupfer, Aluminium oder ähnliches handeln. Die Stärke der Beschichtung ist vorzugsweise mindestens gleich der Skin-Eindringtiefe der niedersten auftretenden Frequenz.
Beispielsweise kann hier auch eine Beschichtung in Form eines selbstklebenden Metallbands gewählt werden, das auf die gegenüberliegenden Innenseiten der Bänder aufgebracht wird.
Eine Alternative zu der vorstehend beschriebenen Struktur der Bandleitung bildet eine Struktur aus zwei parallel im Wesentlichen parallel zueinander und beabstandet voneinander angeordneten Bändern aus einem Material mit hohen elektrischen Leitfähigkeit, zwischen denen wiederum ein Zwischenisolatormaterial angeordnet ist.
Auch bei dieser Struktur kommt als Zwischenisolatormaterial bevorzugt ein Material mit möglichst kleinem dielektrischen Verlustwinkel sowie homogener und isotroper elektrischer Permittivität zum Einsatz, wie z. B. Luft oder Rohacell. Als Material der Bänder bieten sich erneut Metalle wie Kupfer, Aluminium, Messing o. ä. an, wobei die beiden Bänder nicht zwangsweise aus dem selben Material bestehen müssen.
In beiden Alternativen können zwischen den Bändern abschnittsweise weitere isolierende Elemente aus einem isolierenden Abstandshaltermaterial angeordnet sein, um den gewünschten Abstand zwischen den einzelnen leitenden Strukturen zu erzielen. Vorzugsweise weist das verwendete Abstandshaltermaterial geeignete elektrische Eigenschaften (kleiner elektrischer Verlustwinkel) und mechanische Eigenschaften (kleiner Längenausdehnungskoeffizient, hoher E-Modul) auf. Ein Beispiel eines Abstandshaltermaterials bildet Polystyrol.
Weiterhin ist festzuhalten, dass der Begriff „Band” im Zusammenhang mit einer Bandleitung im Sinne der vorliegenden Erfindung breit auszulegen ist. Während man im üblichen Sprachgebrauch unter einem Band vermutlich ein Objekt versteht, dessen Breite und insbesondere Länge deutlich größer sind, als seine Dicke, können beispielsweise die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Bandleitungen zumindest abschnittsweise auch durch voneinander beabstandete massive Quader gebildet werden, deren Abmessung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle, d. h. deren „Dicke” im Wesentlichen der Breite entspricht.
Auch können „Bänder” gleichzeitig Bestandteil zweier oder mehrerer Bandleitungen sein. So können z. B. die vier Seitenflächen eines Quaders als Bandabschnitte von vier verschiedenen Bandleitungen verwendet werden, sofern gegenüber jeder dieser Flächen beabstandet ein weiteres „Band” angeordnet ist.
Grundsätzlich ist folglich unter einer Bandleitung im weitesten Sinne eine Struktur aus zwei im Wesentlichen ebenen, parallel zueinander angeordneten und voneinander beabstandeten leitfähigen Flächen (Bänder) zu verstehen, zwischen denen sich elektromagnetische Wellen in einer bevorzugten Ausbreitungsrichtung ausbreiten können.
Um Reflexionen der sich zwischen den Bändern ausbreitenden Wellen an dem Abstandshaltermaterial zu vermeiden, bieten sich verschiedene Verfahren zur Anpassung des Wellenwiderstands, beispielsweise durch Variation geometrischer Abmessungen der beteiligten Materialien an, die dem Fachmann hinlänglich bekannt sind, so dass auf eine detaillierte Beschreibung hier verzichtet wird.
Sowohl die Strahlcharakteristik als auch der Eingangsreflexionsfaktor einer leer laufenden Bandleitung wird grundsätzlich durch die Geometrie der Bandleitung, d. h. Abstand der Bänder, Breite der Bänder sowie Dicke der Bänder bestimmt.
Soll der erreichbare Schwenkwinkel der Antennengruppe möglichst groß sein, ist eine möglichst richtungsunabhängige Richtwirkung eines Einzelstrahlerelements (mit anderen Worten: eine möglichst isotrope Strahlcharakteristik) günstig.
Grundsätzlich hat es sich bezüglich der Abmessungen der erfindungsgemäß verwendeten Bandleitung als vorteilhaft erwiesen, im Querschnitt gesehen das Verhältnis des Abstands der beiden Bänder zur Breite der Bänder als kleiner als 0,2 insbesondere kleiner als 0,1 zu wählen.
Um Reflexionen von EM-Wellen zwischen dem freilaufenden Ende der erfindungsgemäß verwendeten Bandleitungen und dem freien Raum bzw. um Reflexionen zwischen Bandleitungen unterschiedlicher Querschnittsgeometrie bzw. Wellenwiderständen zu minimieren, können beispielsweise folgende Anpassstrukturen verwendet werden:

1. Kaskade von Bandleitungen bestimmter Längen, die unterschiedliche Abstände der Bänder aufweisen,
2. Kaskade von Bandleitungen bestimmter Längen, die unterschiedliche Breiten der Bänder aufweisen,
3. Kaskade von Bandleitungen bestimmter Längen, die sowohl unterschiedliche Abstände der Bänder, als auch unterschiedliche Breiten der Bänder,
4. Bandleitung bestimmter Länge, bei der der Abstand der Bänder und/oder die Breite der Bänder in der Ausbreitungsrichtung der Wellen gesehen beliebig variiert werden.

Es hat sich bei sämtlichen vorstehend genannten Anpassungen zur Vermeidung von Reflexionen

• der sich zwischen den Bändern ausbreitenden EM-Wellen an dem Abstandshaltermaterial,
• von EM-Wellen zwischen dem freilaufenden Ende der Bandleitungen und dem freien Raum oder
• von EM-Wellen zwischen Bandleitungen unterschiedlicher Querschnittsgeometrie bzw. Wellenwiderständen

Um eine geeignete Abstrahlcharakteristik der Gruppenantenne zu erzielen, liegen die leer laufenden, abstrahlenden Enden der Einzelstrahlerelemente vorzugsweise in einer gemeinsamen Abstrahlebene.
Für das Senden bzw. Empfangen von zirkular polarisierten EM-Wellen werden vorteilhafterweise zwei leer laufende Bandleitungen derart angeordnet, dass ihre leer laufenden abstrahlenden Enden in einer gemeinsamen Abstrahlebene senkrecht zueinander stehen. Die Speisung eines derartigen zirkularen Antennenelements erfolgt hierbei derart, dass bei einer bestimmten Frequenz die Phasen der in den jeweiligen Bandleitungen geführten Wellen um +90° oder –90° differieren, die jeweiligen Amplituden jedoch gleich sind.
Vorzugsweise weisen die zu einem zirkularen Antennenelement zusammengefassten Bandleitungen identische geometrische Abmessungen auf. Vorteilhafterweise schließen die leer laufenden Enden der zu einem zirkularen Antennenelement zusammengefassten Bandleitungen in der gemeinsamen Abstrahlebene unmittelbar aneinander an, wobei sich durchdringenden Volumina vereinigt werden, d. h. die Seitenfläche eines Bandes der einen Bandleitung bildet einen Teil der Innenfläche eines Bandes der anderen Bandleitung.
Grundsätzlich können sowohl die erfindungsgemäßen Einzelstrahlerelemente, d. h. einzelne offen laufende Bandleitungen, als auch aus zwei offen laufenden Bandleitungen bestehende, zuvor beschriebene zirkulare Antennenelemente in beliebiger Anzahl, Orientierung und Orten positioniert werden, um eine Gruppenantenne zu bilden.
Wie bereits erwähnt, sind die Einzelstrahlerelemente vorzugsweise derart angeordnet, dass die leer laufenden Enden in einer gemeinsamen Abstrahlebene liegen.
Die Richtwirkung der Antennengruppe ist umso größer, je größer die Fläche ist, die von den Antennenelementen belegt wird. Durch geeignete Ansteuerung der einzelnen Antennenelemente kann die Antennencharakteristik derart geändert werden, dass die Hauptstrahlrichtung der Antenne sich ändert. Als Elevationswinkel der Antenne wird hierbei der Winkel bezeichnet, der von der Hauptstrahlrichtung und der Ausbreitungsrichtung der Welle in der Bandleitung (besser und der Normalen der abstrahlenden Fläche) in den leer laufenden Bandleitungen eingeschlossen wird.
Hierbei können erfindungsgemäße Einzelstrahlerelemente innerhalb der Anordnung der Gruppenantenne zu so genannten kohärenten Gruppen zusammengefasst werden. Eine kohärente Gruppe zeichnet sich dadurch aus, dass bei einer bestimmten Frequenz sowohl die Phasendifferenzen, als auch die Amplitudendifferenzen aller Einzelstrahlerelemente konstant und vorgegeben sind.
Vorteilhaft ist es in diesem Fall, die Einzelstrahlerelemente einer kohärenten Gruppe über ein Speisenetzwerk miteinander zu verknüpfen. Möchte man beispielsweise N Einzelstrahler mit einem Speisenetzwerk speisen, so besteht das Speisenetzwerk aus N + 1 Toren, wobei über das N + 1 Tor eine elektromagnetische Welle eingespeist wird und auf die N Tore verteilt wird. Das Tor N + 1 wird Speisetor genannt. Die Speisenetzwerke weisen vorzugsweise Gruppenlaufzeiten zwischen den einzelnen Toren auf, die nahezu unabhängig von der Frequenz sind. Dies kann beispielsweise durch ein Speisenetzwerk erreicht werden, in dem rein transversale Wellentypen geführt werden, was erfindungsgemäß durch den Einsatz eines Speisenetzwerks in Bandleitungstechnik erfolgt.
Hat eine Gruppenantenne M kohärente Gruppen, kann die Hauptstrahlrichtung durch geeignete Anregung elektromagnetischer Wellen der Frequenz f in den M Speisetoren geändert werden, wobei die Amplituden und die Phasen der anregenden Wellen entsprechend verändert werden.
Vorteilhafterweise wird in der erfindungsgemäßen Gruppenantenne eine kohärente Gruppe durch eine Reihe nebeneinander angeordneter Einzelstrahlerelemente gebildet. Verschiedene kohärente Gruppen, jeweils bestehend aus in einer Reihe angeordneten Einzelstrahlerelementen werden dann zueinander parallel angeordnet, so dass sich beispielsweise in der gemeinsamen Abstrahlebene eine regelmäßige Anordnung der leer laufenden Enden der Einzelstrahlerelemente ergibt.
Die Verwendung kohärenter Gruppen in Form von in Reihen angeordneten Einzelstrahlerelementen ermöglicht eine Änderung der Hauptstrahlrichtung lediglich in der zu den die kohärenten Gruppen bildenden Reihen und auf der Abstrahlebene senkrecht stehenden Ebene.
Um eine Änderung der Hauptstrahlrichtung in sämtlichen zur Abstrahlebene senkrecht stehenden Ebenen zu ermöglichen, wäre es denkbar, die einzelnen Einzelstrahlerelemente nicht in kohärenten Gruppen zusammenzufassen, sondern jedes Einzelstrahlerelement bei einer vorgegebenen Frequenz mit einer bestimmten Phasen- und Amplitudenlage zu speisen, und die Phasen- und Amplitudenlage aller die Gruppenantenne bildenden Einzelstrahlerelemente entsprechend der gewünschten Hauptstrahlrichtung anzusteuern.
Soll die erfindungsgemäße Gruppenantenne zum Senden und Empfangen linear polarisierter Wellen verwendet werden, so können die leer laufenden Enden der Bandleitungen derart auf ein regelmäßiges, beispielsweise orthogonales Gitter verteilt werden, dass die jeweiligen Mittelpunkte der Abstrahlflächen der Bandleitungen mit den Gitterpunkten zusammenfallen, wobei die Bänder sowie die Ausbreitungsrichtungen der Wellen in den Bandleitungen im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und die E-Feldvektoren gleich orientiert sind.
Vorzugsweise werden in diesem Fall Einzelstrahlerelemente einer Zeile bzw. einer Spalte des Gitters zu einer kohärenten Gruppe zusammengefasst.
Die vorstehend beschriebene Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass die Polarität der abgestrahlten oder empfangenen elektromagnetischen Wellen eine, objektfeste Ausrichtung hat bzw. linear ist. Dies führt insbesondere dann zu unerwünschten Verlusten, falls die Sendeantenne und die Empfangsantenne unterschiedliche Polaritäten bzw. Ausrichtung der Polaritäten aufweisen.
Aus diesem Grund kann die Anordnung erweitert werden, indem man zusätzliche Einzelstrahlerelemente in dem Gitter positioniert. Die Mittelpunkte der Abstrahlflächen der zusätzlichen leer laufenden Bandleitungen liegen hierbei jeweils zentriert zwischen den Gitterpunkten, wobei die Bänder der zusätzlichen Bandleitungen zu den Bändern der an den Gitterpunkten angeordneten Bandleitungen senkrecht stehen und die Ausbreitungsrichtungen der Wellen in den zusätzlichen Bandleitungen im Wesentlichen parallel zueinander und zu den Ausbreitungsrichtungen der Wellen in den an den Gitterpunkten angeordneten Bandleitungen sind.
Die E-Feldvektoren in den zusätzlichen Bandleitungen stehen orthogonal zu denen in den an den bereits in den Gitterpunkten angeordneten Bandleitungen.
Sich bei dieser Anordnung an den Übergängen zwischen den einzelnen Bandleitungen durchdringenden Volumen werden vereinigt. Es hat sich hierbei als vorteilhaft erwiesen, die Geometrie aller Einzelstrahlerelemente gleich zu wählen.
Auch in diesem Fall können wieder kohärenten Antennengruppen gebildet werden, die sich dann jeweils aus den in einer Reihe oder Spalte des Gitters angeordneten Einzelstrahlelementen zusammensetzen, wobei die zwischen den Gitterpunkten angeordneten Einzelstrahlerelemente dann einer der benachbarten Reihen/Spalten zugeordnet sind.
Auf diese Weise kann eine doppelt linear polarisierte erfindungsgemäße Gruppenantenne realisiert werden.
Wie weiter oben bereits erläutert, eigenen sich zwei leer laufende Bandleitungen, die derart angeordnet sind, dass ihre leer laufenden abstrahlenden Enden in der gemeinsamen Abstrahlebene senkrecht zueinander stehen, bei geeigneter Verarbeitung der Signale dazu, zirkulare elektromagnetische Wellen zu senden und empfangen, wobei die Speisung eines derartigen zirkularen Antennenelements dann derart erfolgt, dass bei einer bestimmten Frequenz die Phasen der in den jeweiligen Bandleitungen geführten Wellen um +90° oder –90° differieren, die jeweiligen Amplituden jedoch gleich sind.
Folglich kann die zuvor im Zusammenhang mit einer doppelt linear polarisierten erfindungsgemäßen Gruppenantenne beschriebene Anordnung von Einzelstrahlerelementen auch zum Aufbau und Betrieb einer doppelt zirkular polarisierten Gruppenantenne verwendet werden.
Um kohärente Antennengruppen zu bilden, die sowohl LHC und RHC polarisierte elektromagnetische Wellen senden bzw. empfangen können sollen, hat sich auch eine andere Gruppierung als vorteilhaft erwiesen.
Im Gegensatz zum Fall einer linear polarisierten Gruppenantenne werden nicht die in einer Reihe oder Spalte des Gitters angeordneten Einzelstrahlerelemente gruppiert. Vielmehr erfolgt die Gruppierung entlang der Diagonalen durch das Gitter, so dass die leer laufenden, abstrahlenden Enden der in der Gruppe zusammengefassten benachbarten Einzelstrahlerelemente alternierend senkrecht zueinander und in einem Winkel von 45° bezüglich des Gitters angeordnet sind.
In andern Worten sind die zu einer kohärenten Gruppe zusammengefassten Einzelstrahler entlang einer Reihe angeordnet, wobei die leer laufenden, abstrahlenden Enden der in der Reihe benachbarten Einzelstrahlerelemente alternierend senkrecht zueinander und in einem Winkel von 45° bezüglich der Verlaufsrichtung der Reihe angeordnet sind.
Die einzelnen kohärenten Gruppen sind dann wieder parallel zueinander angeordnet, d. h. entlang der Diagonalen durch das Gitter.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die zu benachbarten kohärenten Gruppen zusammengefassten Einzelstrahlerelemente, also entlang zweier benachbarter Diagonalen durch das Gitter angeordnete Einzelstrahlerelemente hinsichtlich der Mittellinie zwischen den entsprechenden Diagonalen durch das Gitter axialsymmetrisch ausgebildet. Auf diese Weise lässt sich eine sehr kompakte Antennenstruktur erzielen. Um eine aufgrund der Symmetrie zwischen Einzelstrahlerelementen benachbarter kohärenter Gruppen auftretende Auslöschung des Signals zu vermeiden, werden benachbarte kohärente Gruppen mit einem jeweiligen Phasenversatz von 180° zueinander gespeist.
Alternativ können zu benachbarten kohärenten Gruppen zusammengefasste Einzelstrahlerelemente, also entlang zweier benachbarter Diagonalen durch das Gitter angeordnete Einzelstrahlerelemente bezüglich des Gitters translationssymmetrisch ausgebildet sein, d. h. man erhält korrespondierende Einzelstrahlerelemente benachbarter kohärenter Gruppen durch eine Translation um eine Reihe oder Spalte des Gitters. In diesem Fall ist es nicht notwendig, benachbarte kohärente Gruppen mit einem Phasenversatz zueinander zu speisen. Allerdings ist die zu erzielende Antennenstruktur nicht so kompakt.
In beiden vorstehend beschriebenen Fällen erfolgt bei geeigneter Anregung der Speisetore der entsprechenden Speisenetzwerke eine Strahlschwenkung in der Ebene, die von dem E-Feld-Vektor und der Diagonalen des Gitters aufgespannt ist. Hierzu werden benachbarte kohärente Gruppen mit einem die Verschwenkung des Strahls bedingenden definierten Phasenversatz α₁, α₂, α₃, ... gespeist. Im Fall der besonders kompakten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antennensystems erfolgt dieser definierte Phasenversatz α₁, α₂, α₃, ... zusätzlich zu dem systembedingten jeweiligen Phasenversatz von 180° zwischen benachbarten kohärenten Gruppen.
Hinsichtlich der geometrischen Eigenschaften des zur Anordnung der Einzelstrahlerelemente benutzten Gitters sind keine Einschränkungen gemacht. Vorteilhafterweise wird das Gitter jedoch durch aufeinander senkrecht stehenden Vektoren gleichem Betrags gebildet.
Um die Verwendung von leer laufenden Bandleitungen als Einzelstrahlerelemente einer Gruppenantenne möglichst effektiv Nutzen zu können, wird erfindungsgemäß weiterhin vorgeschlagen, auch das Speisenetzwerk zumindest abschnittsweise, insbesondere in dem den Einzelstrahlerelementen unmittelbar vorgeschalteten Abschnitt in Bandleitungstechnik auszuführen.
Hierbei können als Struktur der im Speisenetzwerk verwendeten Bandleitungen ohne weiteres die oben im Zusammenhang mir den leer laufenden Bandleitungen der Einzelstrahlerelemente beschriebenen Strukturen verwenden.
Die zum Betrieb der Gruppenantenne in einem Speisenetzwerk aus Bandleitungen für die Bereitstellung und Anpassung notwendigen Elemente können wie folgt realisiert werden, wobei die beispielsweise aus der Hohlleitertechnik bekannten Grundprinzipien sich ohne weiteres auch auf das erfindungsgemäße Speisenetzwerk in Bandleitungstechnik übertragen lassen.
Insbesondere lassen sich in der Bandleitungstechnik Strukturen herstellen, mit denen es möglich ist, die Orientierung des in der Bandleitung geführten elektromagnetischen Feldes normal zur Ausbreitungsrichtung zu drehen. Hierzu wird im Wesentlichen die Bandleitung um ihre Längsachse um den entsprechenden Winkel vorzugsweise gleichmäßig verdrillt (diese Struktur wird im folg. auch Twist genannt). Dies lässt sich beispielsweise herstellen, indem ein Metallzylinder entlang seiner Längsachse durchschnitten wird, wobei der Zylinder beim Ausführen des Schnittes um seine Längsachse rotiert.
c) Ausführungsbeispiele
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Gruppenantenne mit einem Speisenetzwerks in Bandleitungstechnik ist im Folgenden anhand der Figuren beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
1: eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Gruppenantenne mit Speisenetzwerk;
2: eine Seitenansicht der in 1 gezeigten Gruppenantenne mit Speisenetzwerk;
3: eine Aufsicht auf die Abstrahlebene der in 1 gezeigten Gruppenantenne entgegen der Abstrahlrichtung gesehen;
4: einen Schnitt durch die in 2 gezeigte Gruppenantenne in der mit A bezeichneten Ebene;
5: einen Schnitt durch die in 2 gezeigte Gruppenantenne in der mit B bezeichneten Ebene;
6: einen Schnitt durch die in 2 gezeigte Gruppenantenne in der mit C bezeichneten Ebene;
7: einen Schnitt durch die in 2 gezeigte Gruppenantenne in der mit D bezeichneten Ebene,
8: eine perspektivische Ansicht eines Unternetzwerks zur Speisung einer kohärenten Gruppen an Einzelstrahlerelementen der in 1 gezeigte Gruppenantenne und
9: eine Aufsicht auf die Abstrahlebene einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gruppenantenne.
Bezugnehmend auf 1 ist dort eine erfindungsgemäße Gruppenantenne 1 mit einem entsprechenden, in Bandleitungstechnik ausgeführten Speisenetzwerk 2 dargestellt, wobei die Gruppenantenne 1 zum Empfang und Senden von zirkular polarisierten Signalen ausgelegt ist.
In dem dargestellten Beispiel umfasst die Antenne 1 insgesamt 32 Einzelstrahlerelemente 3 in Form von jeweils leer laufenden Bandleitungen 4, deren offene, abstrahlende Enden 5 in einer gemeinsamen Abstrahlebene 6 angeordnet sind.
Die Einzelstrahlerelemente 3 sind zu vier kohärenten Antennengruppen 10a, 10b, 10c, 10d gruppiert. Jede der kohärenten Antennengruppen 10a, 10b, 10c und 10d umfasst acht Einzelstrahlerelemente 3, die in der gemeinsamen Abstrahlebene 6 jeweils in einer Reihe angeordnet sind, wobei die leer laufenden, abstrahlenden Enden 5 der in der Reihe benachbarten Einzelstrahlerelemente 6 alternierend senkrecht zueinander stehen und bezüglich der Verlaufsrichtung R der Reihe einen Winkel α von 45° bilden.
In jeder kohärenten Antennegruppe 10a, 10b, 10c und 10d sind jeweils beginnend am Anfang der Reihe zwei benachbarte Einzelstrahlerelemente 3 zu einem zirkularen Antennenelement 11 zusammengefasst, d. h. die Speisung der benachbarten Einzelstrahlerelemente durch das Speisenetzwerk 2 erfolgt derart, dass bei einer bestimmten Frequenz die Phasen der in den jeweiligen Bandleitungen 4 geführten Wellen um +90° oder –90° differieren, die jeweiligen Amplituden jedoch gleich sind. Jede der kohärenten Gruppen 10a, 10b, 10c, 10d umfasst folglich vier zirkulare Antennenelemente 11.
Eine detaillierte Darstellung der kohärenten Gruppen 10a, 10b, 10c und 10d sowie der zirkularen Antennenelemente 11 ist in 3 gegeben, wobei aus Gründen der Klarheit nur Beispielhaft einzelne zirkulare Antennenelemente 11 mit einem Bezugszeichen versehen wurde.
Wie insbesondere aus 3 ersichtlich wird, sind bei der dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gruppenantenne die Einzelstrahlerelemente der benachbarten kohärenten Gruppen 10a, 10b bzw. 10b, 10c und 10c, 10d jeweils axialsymmetrtisch zur Mittellinie zwischen den Verlaufsrichtungen der Gruppen 10a, 10b, 10c und 10d ausgebildet, so dass eine besonders kompakte Anordnung der Einzelstrahlerelemente in der Gruppenantenne erzielt werden kann.

Die Speisung der kohärenten Gruppen 10a, 10b, 10c und 10d erfolgt hierbei mit einem Phasenversatz von jeweils 180°, d. h. die Phasenlage der Gruppen zueinander ist beispielsweise wie folgt:

Kohärente Gruppe	Phase der jeweiligen zirkularen Antennenelemente 11 (jeweils in Verlaufsrichtung R gesehen)
10a	90°/0°
10b	0° + 180° = 180°/90° + 180° = 270°
10c	90° + 180° + 180° = 90°/0° + 180° + 180° = 0°
10d	0° + 180° + 180° + 180° = 180°/90° + 180° + 180° + 180° = 270°

Zur Strahlschwenkung werden die kohärenten Gruppen 10a, 10b, 10c, 10d weiterhin mit einem zusätzlichen Phasenversatz α₁, α₂, α₃ gespeist, so dass in diesem Fall die Phasenlage der Gruppen zueinander sich ergibt zu:

Kohärente Gruppe	Phase der jeweiligen zirkularen Antennenelemente 11 (jeweils in Verlaufsrichtung R gesehen)
10a	90°/0°
10b	180° + α₁/270° + α₁
10c	90° + α₂/0° + α₂
10d	180° + α₃/270° + α₃

Hierbei kann auch gelten, dass α₁, α₂, α₃, wobei dies jedoch nicht zwangsweise der Fall sein muss.
Wie aus den 1 bis 4 ersichtlich ist, werden die erfindungsgemäßen Einzelstrahlerelemente 3 in der gemeinsamen Abstrahlebene 6 durch spaltartige Zwischenräume zwischen Metallblöcken 7 gebildet. Ein Metallblock 7 bildet folglich je nach seiner Lage innerhalb der Antennengruppe mit seinen Seitenflächen Bänder von bis zu vier verschiedenen Bandleitungen 4.
Zwischen den Metallblöcken 7 sind von der Abstrahlebene 6 beabstandet Abstandshalter 8 aus einem Isolatormaterial angeordnet, um die mechanische Stabilität der Gruppenantenne 1 sowie die Abstände zwischen den Blöcken 7, also den Abstand zwischen den Bändern der jeweiligen Bandleitung 4, zu gewährleisten. Ansonsten befindet sich als Zwischenisolatormaterial zwischen den Bändern der Bandleitungen 4 Luft.
Im dargestellten Beispiel sind die „Bänder” der Bandleitungen 4 aus massivem Metall, hier Messing, gebildet. Jedoch können die Bandstrukturen der Bandleitungen 4 zumindest des Speisenetzwerks 2 auch hergestellt werden, indem Kunststoffbänder auf den gegenüberliegenden Innenseiten mit einer Kupferfolie überzogen oder metallisiert werden.
Die zu einer kohärenten Gruppe 10a, 10b, 10c, 10d gehörenden Einzelstrahlerelemente 3 werden durch das Speisenetzwerk 2 gespeist. Das Netzwerk 2 umfasst hierzu vier Unternetzwerke 20a, 20b, 20c, 20d, die in Bandleitungstechnik ausgeführt werden und jeweils über eine entsprechende Schnittstelle 9 als Speisetor mit einer üblichen Speiseelektronik (nicht dargestellt) verbunden sind. Hierbei wird bei der Speisung berücksichtigt, dass benachbarte kohärente Gruppen mit einem Phasenversatz von jeweils 180° gespeist werden müssen.
Da jedes Unternetzwerk 20a, 20b, 20c, 20d jeweils zirkulare Antennenelemente 11 speist, deren Einzelstrahlerelemente 3 mit 90° Phasenversatz zueinander gespeist werden, weist jedes Unternetzwerk 20a, 20b, 20c, 20d zwei Teilnetzwerke 30a, 30b auf, deren Phase durch dem Fachmann bekannte Mittel, z. B. mit symmetrischen Richtkopplern, zueinander um 90° versetzt ist. Die über die jeweiligen Schnittstellen 9 in die Unternetzwerke 20a, 20b, 20c, 20d eingeleiteten Signale werden hierbei über einen symmetrischen Richtkoppler 12 auf die beiden Teilnetzwerke 30a, 30b aufgeteilt.
In 8 ist beispielhaft ein Abschnitt eines Teilnetzwerk 30a dargestellt, mit dem vier Einzelstrahlerelemente 3 der kohärenten Gruppe 10a gespeist werden. Auch hier sind zwischen den Bändern der Bandleitungen 4 des Teilnetzwerks 30a Abstandshalter 8 aus einem Isolatormaterial angeordnet. Weiterhin sind in der 8 mehrere in Bandleitungstechnik ausgeführte Abwinklungen in der E-Ebene 31, eine Abwinklung in der H-Ebene 32 sowie Verzweigungen in der E-Ebene 33 dargestellt.
Wie in 1 zu erkennen ist, werden die durch das Teilnetzwerk 30a aufgespalteten, in den einzelnen Bandleitungen 4 des Teilnetzwerks 30a geführten Wellen vor Erreichen der Abstrahlebene 6 durch weitere Elemente beeinflusst. So wird in den als Twist bezeichneten Elementen 34 die Orientierung des E-Feld-Vektors senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle verdreht und die Welle daraufhin erneut durch zwei Abwinklungen in der E-Ebene 35 geführt.
In einer unmittelbar unter den Metallblöcken 6 angeordneten Schicht 9 der Gruppenantenne 1 werden zur Anpassung des Wellenwiderstands sowohl die Breite der Bandleitungen 4, als auch der Abstand zwischen den „Bändern” linear in der Ausbreitungsrichtung der Welle vergrößert.
Die Änderung der Orientierung und Position der einzelnen Bandleitungen 4 durch die verschiedenen Elemente ist aus einem Vergleich der 4–7 ersichtlich.
So zeigt ein Vergleich der 4 und 5, wie die Breite B der Bandleitungen 4 sowie der Abstand D zwischen den „Bändern” der Bandleitungen 4 in Richtung der Abstrahlebene 6 zunimmt.
Ein Vergleich der 5 und 6 zeigt hingegen, wie die Position der Bandleitungen 4 durch zwei aufeinander folgende, entgegen gesetzte Abwinklungen in der E-Ebene 35 senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle versetzt wird.
Ein Vergleich der 6 und 7 verdeutlicht die Funktion des Twists 34, mit dem die Bandleitung 4 und somit die Orientierung des E-Feld-Vektors senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle verdreht wird.
Zur besseren Übersicht sind in den 3 bis 7 die zur kohärenten Gruppe 10a gehörenden Einzelstrahlerelemente 3 bzw. Bandleitungen 4 mit dem entsprechenden Bezugszeichen 10a versehen. Die jeweils zu den weiteren kohärenten Gruppen 10b, 10c und 10d gehörenden Einzelstrahlerelemente 3 bzw. Bandleitungen 4 sind in entsprechenden parallelen Reihen angeordnet.
9 zeigt eine schematische Aufsicht auf die Abstrahlebene einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gruppenantenne 1, in der zu benachbarten kohärenten Gruppen 10a, 10b bzw. 10b, 10c und 10c, 10d zusammengefasste Einzelstrahlerelemente 3, also jeweils entlang der Verlaufsrichtung R angeordnete Einzelstrahlerelemente 3 bezüglich des Gitters translationssymmetrisch ausgebildet sind. Auch hier sind innerhalb der Gruppen jeweils benachbarte Einzelstrahlerelemente 3 zu zirkularen Antennenelementen 11 zusammengefasst. In diesem Fall ist es nicht notwendig, benachbarte kohärente Gruppen mit einem Phasenversatz von 180° zueinander zu speisen, d. h. die Phasenlage der Gruppen zueinander ist beispielsweise wie folgt:

Kohärente Gruppe Phase der jeweiligen zirkularen Antennenelemente 11 (jeweils in Verlaufsrichtung R gesehen)

10a 90°/0°

10b 90°/0°

10c 90°/0°

10d 90°/0°

Auch hier gilt wieder, dass die kohärenten Gruppen 10a, 10b, 10c, 10d zur Strahlschwenkung mit einem zusätzlichen Phasenversatz α₁, α₂, α₃ gespeist werden, so dass in diesem Fall die Phasenlage der Gruppen zueinander sich ergibt zu:

Kohärente Gruppe	Phase der jeweiligen zirkularen Antennenelemente 11 (jeweils in Verlaufsrichtung R gesehen)
10a	90°/0°
10b	90° + α₁/0° + α₁
10c	90° + α₂/0° + α₂
10d	90° + α₃/0° + α₃

Erneut kann gelten, dass α₁ = α₂ = α₃, wobei dies jedoch nicht zwangsweise der Fall sein muss.
Bezugszeichenliste

1: Gruppenantenne
2: Speisenetzwerk
3: Einzelstrahlerelement
4: Bandleitung
5: offenes Ende von 4
6: Abstrahlebene
7: Metallblock
8: Abstandshalter
9: Schnittstelle zur Speiseelektronik
10a, b, c, d: kohärente Gruppen
11: zirkulares Antennenelement
12: Richtkoppler
20a, b, c, d: Unternetzwerke
30a, b: Teilnetzwerke
31: Abwinklung E-Ebene
32: Abwinklung H-Ebene
33: Verzweigung E-Ebene
34: Twist
35: Abwinklungen in der E-Ebene
R: Verlaufsrichtung Reihe
α: Winkel zwischen 5 und R

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

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Parker, D.; Zimmermann, D. C.: Phased arrays – part 1: theory and architectures, Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions an Volume 50, Issue 3 March 2002 Page(s): 678–687 [0006]
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Claims

Gruppenantenne (1) umfassend wenigstens zwei Einzelstrahlerelemente (3), dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den wenigstens zwei Einzelstrahlerelementen (3) um leer laufende Bandleitungen (4) handelt.
Gruppenantenne (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandleitungen (4) aus zwei im Wesentlichen parallel zueinander und beabstandet voneinander angeordneten Bändern aus einem Isolatormaterial bestehen, deren gegenüberliegende Innenflächen mit einem Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit beschichtet sind, wobei zwischen den Bändern ein Zwischenisolatormaterial angeordnet ist.
Gruppenantenne (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandleitungen (4) aus zwei im Wesentlichen parallel zueinander und beabstandet voneinander angeordneten Bändern aus einem Material mit hohen elektrischen Leitfähigkeit bestehen, zwischen denen ein Zwischenisolatormaterial angeordnet ist.
Gruppenantenne (1) nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Querschnitt gesehen das Verhältnis des Abstands der beiden Bänder zur Breite der Bänder kleiner als 0,2, insbesondere kleiner als 0,1 ist.
Gruppenantenne (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die leer laufenden, abstrahlenden Enden (5) der Einzelstrahlerelemente (3) in einer gemeinsamen Abstrahlebene (6) liegen.
Gruppenantenne (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelstrahlerelemente (3) in der gemeinsamen Abstrahlebene (6) in wenigstens einer Reihe angeordnet sind, wobei die leer laufenden, abstrahlenden Enden (5) der in der Reihe benachbarten Einzelstrahlerelemente (3) alternierend senkrecht zueinander und in einem Winkel (α) von im Wesentlichen 45° bezüglich der Verlaufsrichtung (R) der Reihe angeordnet sind.
Gruppenantenne (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppenantenne (1) mehrere parallel zueinander verlaufende Reihen an Einzelstrahlerelementen (3) aufweist.
Gruppenantenne (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppenantenne (1) ein Speisenetzwerk (2) umfasst, das den Einzelstrahlerelementen (3) zugeordnete Bandleitungen (4) aufweist.
Gruppenantenne (1) nach Anspruch 7 in Verbindung mit Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Speisenetzwerk (2) so ausgestaltet ist, dass in einer Reihe angeordnete Einzelstrahlerelemente (3) eine kohärente Gruppe (10a, b, c, d) bilden, bei der die Phasendifferenzen und Amplitudendifferenzen der der kohärenten Gruppe (10a, b, c, d) zugehörigen Einzelstrahlerelemente (3) konstant und vorgegeben sind.
Gruppenantenne (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Speisenetzwerk so ausgestaltet ist, dass innerhalb einer kohärenten Gruppe (10a, b, c, d) jeweils zwei benachbarte Einzelstrahlerelemente (3) zur Ausbildung eines zirkularen Antennenelements (11) mit einem definierten Phasenversatz gespeist werden können.
Speisenetzwerk (2) für eine Gruppenantenne (1), insbesondere für eine Gruppenantenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Speisenetzwerk (2) zumindest abschnittsweise von Bandleitungen (4) gebildet wird.
Speisenetzwerk (2) für eine Gruppenantenne (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Speisenetzwerk (2) in Unternetzwerke (20a, b, c, d) unterteilt ist, die jeweils eine kohärente Gruppe (10a, b, c, d) aus Einzelstrahlerelementen (3) der Gruppenantenne (1) speisen.
Speisenetzwerk (2) für eine Gruppenantenne (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Unternetzwerke (20a, b, c, d) derart ausgebildet sind, dass die Gruppenlaufzeiten zwischen dem Speisetor (9) und den Einzelstrahlerelementen (3) des jeweiligen Unternetzwerks (20a, b, c, d) im Wesentlichen identisch sind.
Speisenetzwerk (2) für eine Gruppenantenne (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Unternetzwerke (20a, b, c, d) jeweils zwei Teilnetzwerke (30a, b) aufweisen, wobei die in den beiden Teilnetzwerken (30a, b) geführten Wellen einen definierten Phasenversatz zueinander aufweisen.
Speisenetzwerk (2) für eine Gruppenantenne (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Speisenetzwerk (2) wenigstens eine Bandleitung (4) aufweist, die in einem Abschnitt (34) um einen vorbestimmten Winkel um ihre Längsachse verdrillt ist, um die Orientierung des in der Bandleitung (4) geführten elektromagnetischen Feldes normal zur Ausbreitungsrichtung der Welle in der Bandleitung (4) zu drehen.