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[GEBIET DER ERFINDUNG]
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Antennengruppen, auch Antennenarrays oder Gruppenantennen genannt. Diese weisen mindestens zwei Strahlerelemente auf. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich insbesondere auf eine spezifische Ausgestaltung und relative Anordnung der Strahlerelemente. Einige Ausführungsformen beziehen sich auf planare Antennengruppen, die von Hohlleitern gespeist sein können. Ein Beispiel ist eine Satellitenkommunikationsantenne.
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[TECHNISCHER HINTERGRUND]
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Zur Vermeidung von Nebenmaxima im Antennendiagramm können Antennengruppen so ausgelegt werden, dass die einzelnen Strahlerelemente einen gewissen Maximalabstand voneinander nicht überschreiten, nämlich z. B. eine Wellenlänge Maximalabstand bei Antennengruppen mit zur Apertur senkrechter Abstrahlung oder eine halbe Wellenlänge Maximalabstand bei Antennengruppen mit elektronisch geschwenkter Abstrahlung. Ist der Maximalabstand kleiner als diese Werte, so wird nachfolgend von einem kleinen Abstand der Strahlerelemente gesprochen. Bei kleinem Abstand der Strahlerelemente kann auch eine gleichmäßige Amplitudenbelegung über der Antennengruppe erreicht werden, was sich positiv auf die Gewinnausnutzung der Fläche der Antennengruppe auswirken kann.
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Jedoch können verschiedene Gründe einem solchen Design der Antennengruppe entgegenstehen. Bei kleinem Maximalabstand unterhalb einer, bzw. einer halben Wellenlänge kann sich eine große Anzahl von Strahlerelementen ergeben. Sollen diese aktiv angesteuert werden, um z. B. eine elektronisch verschwenkbare Antennengruppe zu realisieren, können die technische Komplexität und die Herstellungskosten für die Steuerleitungen und Schaltungskomponenten unvertretbar groß werden. Es kann auch passieren, dass das Speisenetzwerk zur Speisung der Strahlerelemente, z. B. eine Hohlleiterspeisung, einen so kleinen Maximalabstand aus Platzgründen gar nicht zulässt.
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Wird die Anzahl der Strahlerelemente reduziert, führt dies jedoch in der Regel zum verstärkten Auftreten von unerwünschten Nebenmaxima und einem geringeren Gewinn der Antennengruppe.
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Es besteht daher ein Bedarf nach einem verbesserten Design einer Antennengruppe, bei dem, selbst wenn der Abstand von einer, bzw. einer halben Wellenlänge zwischen den Strahlerelementen überschritten wird, ein hoher Gewinn der Antennengruppe und eine gute Unterdrückung von Nebenmaxima erzielt werden können.
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[ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG]
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Im Lichte des Obigen werden Antennengruppen gemäß einem der Ansprüche 1, 3 oder 4 bereitgestellt. Weitere vorteilhafte Ausbildungen, die einzeln angewandt oder in geeigneter Weise beliebig miteinander kombiniert werden können, sind in den abhängigen Ansprüchen, den Zeichnungen und der Beschreibung angegeben.
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Gemäß einer Ausführungsform wird eine Antennengruppe bereitgestellt. Die Antennengruppe umfasst einen Strahlerkörper, ein erstes Strahlerelement und ein zweites Strahlerelement. Die Strahlerelemente sind als Senken gegenüber einer Einhüllenden des Strahlerkörpers ausgebildet. Die Scheidelinie zwischen dem ersten Strahlerelement und dem zweiten Strahlerelement weist einen Bereich auf, der gegenüber der Einhüllenden des Strahlerkörpers tiefer im Strahlerkörper gelegen ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Antennengruppe bereitgestellt. Die Antennengruppe umfasst einen Strahlerkörper, der ein erstes Strahlerelement und ein zweites Strahlerelement aufweist. Die Scheidelinie zwischen dem ersten Strahlerelement und dem zweiten Strahlerelement weist eine erste Stelle auf, die gegenüber einer zweiten Stelle der Scheidelinie tiefer im Strahlerkörper gelegen ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Antennengruppe bereitgestellt. Die Antennengruppe umfasst mindestens zwei Strahlerelemente. Die Aperturen der mindestens zwei Strahlerelemente durchdringen sich.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Aspekte und Details von Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, den Abbildungen und der Beschreibung.
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[KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN]
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Einige der oben erwähnten und weitere detaillierte Aspekte werden in der folgenden Beschreibung beschrieben und teilweise mit Bezug auf die Abbildungen erläutert.
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1 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Antennengruppe mit kleinem Abstand der einzelnen Strahlerelemente;
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2 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Antennengruppe mit gegenüber der Antennengruppe aus 1 reduzierter Anzahl von Strahlerelementen, deren Abstand größer ist;
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3 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Antennengruppe gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform;
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4 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Antennengruppe gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform;
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5 zeigt einen Querschnitt durch 4 entlang der Linie A-A;
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6 zeigt einen Querschnitt durch 4 entlang der Linie B-B;
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7 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Antennengruppe mit Speisenetzwerk gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform;
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8 zeigt einen Querschnitt durch 7 entlang der Linie C-C.;
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[DETAILLIERTE BESCHREIBUNG]
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Innerhalb von Beschreibungen der Abbildungen beziehen sich gleiche Referenzzeichen auf gleiche oder ähnliche Komponenten. Im Allgemeinen werden nur die Unterschiede zwischen einzelnen Ausführungsformen beschrieben. Die Abbildungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und dienen der Illustration.
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1 zeigt eine planare Antennengruppe 1 in einer schematischen Aufsicht. Die planare Antennengruppe 1 weist einen Strahlerkörper 10 auf, z. B. eine Metallplatte. Die Antennengruppe 1 weist ferner einzelne Strahlerelemente 20 auf. In 1 sind 169 Strahlerelemente 20 gezeigt, die in einer Matrix aus Zeilen und Spalten regelmäßig angeordnet sind. Die Strahlerelemente sind als Senken in dem Strahlerkörper ausgebildet, z. B. als kegelförmige Senken, bzw. kegelstumpfartige Senken, da der Strahlerkörper in der Regel durchdrungen wird und die Kegelspitze jenseits der abgewandten, nicht gezeigten Oberfläche des Strahlerkörpers läge. Jedes Strahlerelement weist eine Apertur 30 auf, die in 1 kreisförmig ist. Die Aperturen 30 werden hier durch den Rand der Senken in der Aperturfläche gebildet. Die Aperturfläche entspricht hier der gezeigten Oberfläche des Strahlerkörpers, welche die Plateaus 12 aus Material des Strahlerkörpers umfasst. Die Strahlerelemente können auch als Aperturstrahlerelemente bezeichnet werden. Die Abstände der Zentren der Strahlerelemente zu ihren in einer Reihe oder Spalte der Matrix nächsten Nachbarn sei in 1 kleiner als eine halbe Wellenlänge der von der Antennengruppe abzustrahlenden oder zu empfangenden elektromagnetischen Strahlung.
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2 zeigt eine ähnliche planare Antennengruppe wie 1. Jedoch sind die Abstände zwischen den Zentren benachbarter Strahlerelemente größer als eine halbe Wellenlänge. Der Maximalabstand nächstbenachbarter Strahlerelemente ist somit nicht mehr klein. Die Fläche des Strahlerkörpers und somit der Antennengruppe ist bei 64 Strahlerelementen nicht so gut ausgenutzt wie in 1. Die Gewinnausnutzung pro Fläche ist daher geringer als bei der Antennengruppe nach 1. Desweiteren treten verstärkte Nebenmaxima im Antennendiagramm auf gegenüber der Antennengruppe nach 1, wo ein kleiner Maximalabstand eingehalten ist.
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Es kann der Fall eintreten, dass eine Antennengruppe wie in 1 mit kleinem Maximalabstand nicht ausgeführt werden kann, z. B. weil ein Speisenetzwerk einen Platzbedarf hat, der die enge Anordnung der Zentren der Strahlerelemente nicht zulässt, und/oder weil die Komplexität der Ansteuerungskomponenten oder deren Kosten für die große Zahl von Strahlerelementen zu groß wird. Dann wäre zwar die Ausführung einer Antennengruppe nach 2 denkbar, bei der die Abstände besagter Zentren weit genug auseinander sein können, um dem Platzbedarf des Speisenetzwerks Rechnung zu tragen, und bei die geringer Zahl von Strahlerelementen die Komplexität der Ansteuerungskomponenten verringert, jedoch treten die genannten Nachteile auf.
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3 zeigt in schematischer Aufsicht eine planare Antennengruppe 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Strahlerelemente 120 sind als kegelförmige Senken im Strahlerkörper 110, z. B. einer Metallplatte, ausgebildet. Werden diese Kegel gedacht bis zur Aperturfläche fortgeführt, d. h. hier bis zur Oberfläche des Strahlerkörpers, so durchdringen sich die Kreisgrundflächen dieser Kegel. In den Bereichen, in denen sich die Kegel schneiden, ist das Material des Strahlerkörpers entfernt. Die von den Kreisgrundflächen definierten, sich durchdringenden Aperturen, z. B. die Aperturen 130 und 131, sind daher nicht länger durch Material des Strahlerkörpers begrenzt. Eine Ausnahme bilden in 3 Punkte in den Diagonalen der Matrixanordnung. Sind die Senken, wie in 3 beispielhaft dargestellt, so groß, dass sich eine Apertur in der Diagonale gerade mit der Apertur des diagonalen Nachbarstrahlerelements berührt, bleibt die Wand der Apertur lediglich in der Diagonale vollständig erhalten. In den Bereichen maximaler Überschneidung mit den direkten Nachbarstrahlerelementen ist am meisten Randmaterial entfernt. Man könnte Aperturen wie die Aperturen 130 und 131 als virtuelle Aperturen bezeichnen.
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4 zeigt eine perspektivische Darstellung der Antennengruppe 100 aus 3. Es ist ein Kegel 135, bzw. ein Kegelstumpf, gezeigt, dessen Mantelfläche die Wände des betreffenden Strahlerelements berührt und diese virtuell bis zur Aperturfläche fortführt. Die Kreisgrundfläche dieses Kegels 135 in der Aperturfläche bildet die (virtuelle) Apertur 130. Zudem ist eine zweite Apertur 131 gezeigt, wobei die beiden Aperturen 130 und 131 sich durchdringen.
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Wo sich die Kegelvolumina schneiden ist das Material des Strahlerkörpers 110 entfernt. Der Strahlerkörpers 110 umfasst z. B. ein erstes Strahlerelement 121, ein zweites Strahlerelement 122 und ein drittes Strahlerelement 123, sowie weitere Strahlerelemente 120. Die Scheidelinie 141 zwischen dem ersten und zweiten Strahlerelement und die Scheidelinie 142 zwischen dem ersten und dritten Strahlerelement liegen nicht, wie es in den 1 und 2 der Fall wäre, in der Aperturfläche, sondern, mit Ausnahme von Scheidepunkten wie Punkte 145, 146 und 147, tiefer im Strahlerkörper 110. Die Aperturfläche ist hier die Ebene durch die Scheidepunkte der Strahlerelemente, z. B. die Punkte 145, 146 und 147. Die Scheidelinien 141 und 142 haben Hyperbelform. Sie können als Kegelschnitte der Kegel 135 begriffen werden.
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Der Strahlerkörper 110 kann einstückig sein. Es kann aber auch sein, dass der Strahlerkörper aus mehreren Stücken aufgebaut ist. Beispielsweise könnte in 4 jedes Stück mit quadratischer Grundfläche, in dem ein Strahlerelement ausgebildet ist, einzeln gefertigt sein. Diese Stücke könnten dann nebeneinandergesetzt sein, wobei sie z. B. durch einen nicht gezeigten Rahmen zusammengehalten sein könnten.
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5 zeigt einen diagonalen Querschnitt durch ein Strahlerelement 120 aus 4 in einer Ebene zwischen den mit A-A bezeichneten Pfeilen, wobei die Blickrichtung senkrecht auf diese Schnittebene ist. Dargestellt ist die Wand 125 eines Strahlerelements 120, das als Senke im Strahlerkörper 110 ausgebildet ist und diesen von einer Einspeisungsseite 280 zu einer Abstrahlseite 270, bzw. Empfangsseite 270, durchdringt, wobei es sich kegelförmig in Abstrahlrichtung 260 aufweitet, bzw. in der entgegengesetzten Empfangsrichtung verjüngt. Die Scheidelinien 143 und 144 liegen gegenüber der ebenen Aperturfläche 230 tiefer im Strahlerkörper 110. Beide Scheidelinien 143 und 144 weisen jeweils eine erste Stelle auf, die gegenüber einer zweiten Stelle auf derselben Linie tiefer im Strahlerkörper liegt. Z. B. liegt die Stelle 291 der Scheidelinie 144 tiefer im Strahlerkörper als die Stelle 292. Diese Eigenschaften ergeben sich aus der charakteristischen Geometrie, die bezüglich 4 beschrieben wurde.
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6 zeigt einen Querschnitt mittig durch ein Strahlerelement entlang einer Zeile der matrixförmig angeordneten Strahlerelemente zwischen den mit B-B bezeichneten Pfeilen. Die Blickrichtung ist senkrecht auf die Schnittebene. Zu sehen ist eine Schnittlinie 243. Diese besitzt auch die bezüglich 5 beschriebenen Eigenschaften.
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Trotz der Entfernung von Material im Überschneidungsbereich der Kegel bleibt elektrisch die Wirkung der sich überschneidenden Aperturen erhalten. Teile der gesamten Fläche der Antennengruppe, nämlich die Überschneidungsbereiche der Aperturen, werden von nebeneinanderliegenden Strahlerelementen gemeinsam genutzt. Die Fläche der Antennengruppe 100 wird somit z. B. gegenüber der Antennengruppe 10 der 2 besser ausgenutzt. Damit wird einerseits der Gewinn der Antennengruppe erhöht, zum anderen werden unerwünschte Nebenmaxima im Vergleich zu den sich nicht durchdringenden Aperturen 30 der 2 deutlich reduziert. Dasselbe gilt unabhängig davon, ob die Abstände zwischen den Zentren nächstbenachbarter Strahlerelemente einen kleinen Maximalabstand aufweisen wie in 1 oder nicht. Auch eine Antennengruppe wie in 1 gezeigt kann unter Umständen durch erfindungsgemäße Ausgestaltung der Strahlerelemente verbessert werden. In vielen Fällen kann sich eine Erhöhung des Antennengewinns einer erfindungsgemäßen Antennengruppe ergeben im Vergleich zu Antennengruppen mit demselben Zentrumsabstand zwischen Strahlerelementen, die aber keine sich durchdringenden Aperturen aufweisen. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, bei Antennengruppen mit nicht kleinem Zentrumsabstand der Strahlerelemente ergibt sich eine deutliche Verringerung der Nebenmaxima durch erfindungsgemäße Antennengruppen im Vergleich zu Antennengruppen mit demselben Zentrumsabstand zwischen Strahlerelementen, die aber keine sich durchdringenden Aperturen aufweisen.
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Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf die zuvor beschriebenen Geometrien der Antennengruppe als ganzer und der Strahlerelemente im einzelnen beschränkt.
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Gemäß Ausführungsformen der Erfindung wird eine Antennengruppe bereitgestellt. Die Antennengruppe kann eine planare Antennengruppe sein. Die Antennengruppe kann aber auch sphärisch sein oder hyperbolisch, parabolisch oder von anderer Form. Die Antennengruppe weist einen Strahlerkörper auf. Dieser kann eine entsprechende Grundform aufweisen und z. B. als ebene, hohlkugelförmige, hyperbolische, parabolische oder andersgestaltige Platte ausgebildet sein. Der Strahlerkörper kann aus einem Stück sein. Der Strahlerkörper kann jedoch auch aus mehreren Komponenten aufgebaut sein. Z. B. kann der Strahlerkörper aus einzelnen Stücken zusammengesetzt sein, von denen jedes ein Strahlerelement oder mehrere Strahlerelemente umfasst. Die einstückige Ausgestaltung kann stabiler und unter Umständen fertigungstechnisch einfacher und ggf. billiger sein.
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Der Strahlerkörper kann aus Metall sein, z. B. aus Aluminium, oder aus metallisiertem elektrisch leitfähigem Kunststoff bestehen, z. B. aus galvanisiertem ABS-Kunststoffmaterial. Der Strahlerkörper kann beispielsweise durch Frästechnik geformt werden, durch Wasserstrahlschneiden oder Laserstrahltechnik oder Metallspritzguss. Umfasst der Strahlerkörper Kunststoffmaterial, kann dieses z. B. durch Spritzgusstechnik geformt und metallisch beschichtet werden.
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Die Antennengruppe kann zur Abstrahlung elektromagnetischer Strahlung eingerichtet sein (reiner Sender) oder zum Empfang elektromagnetischer Strahlung (reiner Empfänger) oder für Abstrahlung und den Empfang elektromagnetischer Strahlung (Sendeempfänger oder Transceiver). Typischerweise ist die Antennengruppe zur Abstrahlung und/oder zum Empfang elektromagnetischer Strahlung einer bestimmten Wellenlänge, bzw. eines bestimmten Wellenlängenbereichs eingerichtet. Dieser Wellenlängenbereich kann z. B. das Ka-Band, K-Band oder das Ku-Band sein. Der Wellenlängenbereich kann ein schmales Band umfassen, z. B. von 29,5 bis 30,0 GHz zum Senden und/oder von 19,7 bis 20,2 GHz zum Empfangen. Die Antennengruppe kann beispielsweise eine Satellitenkommunikationsantenne sein, insbesondere eine solche Antenne, die auf der Erde von einem Endnutzer verwendet wird (Terminalantenne). Die Antenne kann ebenso eine Antenne für Radaranwendungen sein. Das Funktionsprinzip der Antenne kann eine Antenne mit nicht schwenkbarer Hauptkeule sein, oder kann eine Phased-Array-Antenne mit schwenkbarer Hauptkeule sein.
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Die Antennengruppe umfasst mindestens zwei Strahlerelemente, insbesondere ein erstes Strahlerelement und ein zweites Strahlerelement. Die Strahlerelemente, auch Aperturstrahlerelemente genannt, können zur Abstrahlung und/oder zum Empfang von elektromagnetischer Strahlung einer bestimmten Wellenlänge, bzw. eines bestimmten Wellenlängenbereichs eingerichtet sein. Die Antennengruppe kann N Strahlerelemente aufweisen, wobei N ≥ 2. Die Zahl N der Strahlerelemente kann z. B. 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 16, 32, 64, 100, 128, 256, 1000, 1024, 2500, 4096, 10000 oder mehr betragen. Die Strahlerelemente können regelmäßig angeordnet sein, d. h. gemäß einem sich wiederholenden Muster. Die Anordnung kann matrixförmig sein, so dass die Strahlerelemente Reihen mit m Strahlern und Spalten mit n Strahlern aufweisen. Dabei kann z. B. m = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 12, 16, 20, 32, 50, 64, 100 oder mehr sein und n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 12, 16, 20, 32, 50, 64, 100 oder mehr sein, wobei N = m·n ist. Die Reihen und Spalten dieser Matrix können rechtwinklig zueinander sein (kartesische Anordnung) oder können schiefwinklig sein, z. B. bei einer hexagonalen Anordnung.
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Die Strahlerelemente können als Senken in dem Strahlerkörper ausgebildet sein. Hierzu kann das Material des Strahlerkörpers entsprechend entfernt sein. Die Strahlerelemente können aber auch auf den Strahlerkörper aufgebaut sein. In diesem Fall wird im Sinne der Anmeldung das zum Aufbau der Strahlerelemente verwendete Material als Material des Strahlerkörpers angesehen, dessen Volumen somit vergrößert wird.Die Begriffe „Senke“ und „tiefer im oder in den Strahlerkörper“ beziehen sich auf eine Richtung entgegen der Abstrahlrichtung der Antennengruppe, bzw. in Empfangsrichtung der Antennengruppe. Bei gekrümmten Formen sind die Begriffe als entgegen den lokalen Abstrahlrichtungen zu verstehen, bzw. in die lokalen Empfangsrichtungen. Entsprechend hat der Strahlerkörper eine Abstrahlseite, bzw. Empfangsseite, und eine entgegengesetzte Seite, die nachfolgend als Einspeisungsseite bezeichnet wird.
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Beispielsweise ist die Abstrahlrichtung der planaren Antennengruppe in 4 senkrecht nach oben bezüglich der Ebene, die die Punkte 145, 14 und 147 enthält, während die Strahlerelemente in die entgegengesetzte Richtung in den Strahlerkörper hinein als Senken ausgebildet sind. In 5 ist die Abstrahlrichtung als Pfeil 260 gezeigt. Die Abstrahlseite ist mit dem Referenzzeichen 270 bezeichnet und die Einspeisungsseite mit dem Referenzzeichen 280. Diese Senken durchdringen die Platte des Strahlerkörpers, so dass auf der Einspeisungsseite 280 Öffnungen entstehen zur Speisung der Strahlerelemente. Die Punkte 145, 146 und 147 sind lokale, hier sogar globale, Maxima der Oberflächenstruktur. Ein lokales Maximum ist hierbei ein lokales Extremum in Abstrahlrichtung und ein lokales Minimum ein lokales Extremum entgegen der Abstrahlrichtung. Dabei entspricht die Ebene, die die Punkte 145, 146 und 147 enthält, hier der Aperturfläche. Diese Ebene kann auch als ursprüngliche Oberfläche des Strahlerkörpers angesehen werden, falls die Strahlerelemente durch Ausnehmung von Material aus dem Strahlerkörper gebildet wurden.
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Diese Fälle umfassend können die Strahlerelemente als Senken gegenüber der Einhüllenden des Strahlerkörpers ausgebildet sein. Die Einhüllende des Strahlerkörpers umfasst alle lokalen Maxima der Oberflächenstruktur, auch ggf. Plateauflächen oder Plateaulinien wie sie z. B. bei einer Oberflächenstruktur wie in 1 und 2 auftreten. Die Einhüllende kann wie eine gespannte Gummihaut gedacht werden, die an den lokalen Maxima, bzw. auf Plateaulinien oder -flächen verankert wird. In vielen Fällen entspricht Form der Einhüllenden zumindest näherungsweise und ggf. mit lokalen Abweichungen der Form der Antennengruppe und/oder der Grundform des Strahlerkörpers, unabhängig davon, ob dieser einstückig oder zusammengesetzt ist.
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In 4 ist die Ebene, die die Punkte 145, 146 und 147 enthält, die Einhüllende des Strahlerkörpers 110. In 5 und 6 ist diese Einhüllende die Ebene 230. In den 1 und 2 ist die Ebene, die die Plateaus 12 zwischen den kreisförmigen Aperturen 20 umfasst, die Einhüllende des Strahlerkörpers 10. Das Konzept der Einhüllenden ist aber nicht auf ebene Geometrien beschränkt.
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Mit Blickrichtung entgegen der Abstrahlrichtung, bzw. in Empfangsrichtung, stellt sich die Oberflächenstruktur von Strahlerkörper und Strahlerelementen wie eine (mehr oder weniger zerklüftete) Berg- und Tallandschaft dar. Bezüglich dieser Berg- und Tallandschaft sei der Begriff „Scheidelinie“ wie der einer Wasserscheidelinie verstanden. Bildlich gesprochen begrenzen die Scheidelinien das „Wassereinzugsgebiet“ der senkenartigen Strahlerelemente, wenn es „entgegen der Abstrahlrichtung oder in Empfangsrichtung regnet“. Dabei können bei gekrümmten Geometrien der gesamten Antennengruppe die Abstrahlrichtungen lokal variieren und somit auch die Richtung des „Regens“. Schneiden sich zwei oder mehr Scheidelinien in einem Punkt, so wird dieser als Scheidepunkt in Analogie zu einem Wasserscheidepunkt bezeichnet.
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Zum besseren Verständnis betrachte man das erste Strahlerelement 121, das zweite Strahlerelement 122 und das dritte Strahlerelement 123 in 4. Stellt man sich senkrecht zu der die Punkte 145 enthaltenden Fläche von oben auftreffenden Regen vor, so grenzen die Scheidelinien 141 und 142 den „Wassereinzugsbereich“ des ersten Strahlerelements von den „Wassereinzugsbereichen“ des zweiten, bzw. dritten Strahlerelements ab. Der Schnittpunkt der Scheidelinien 141 und 142 ist der Punkt 145, der einen Scheidepunkt zwischen vier Strahlerelementen darstellt. Dabei sind „Linie“ und „Punkt“ nicht in einem streng mathematischen Verständnis aufzufassen, sondern können eine gewisse Ausdehnung aufweisen, z. B. bedingt durch Fertigungstoleranzen oder Sicherheitserwägungen. So sind beispielsweise die Scheidepunkt in 4 nicht mathematisch punktförmig, was in den 5 und 6 gut zu sehen ist.
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Sind wie z. B. in den 1 und 2 Plateaus zwischen den Strahlern gelegen, so können auf diesen die Scheidelinien beliebig gelegt werden und somit auch der Scheidepunkt. Unabhängig von der Wahl des Verlaufs liegen diese Teile der Scheidelinien und ggf. der Scheidepunkt in der Plateaufläche und damit in der Einhüllenden des Strahlerkörpers.
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Gemäß einigen Ausführungsformen weist die Scheidelinie zwischen dem ersten Strahlerelement und dem zweiten Strahlerelement einen Bereich auf, der gegenüber der Einhüllenden des Strahlerkörpers tiefer im Strahlerkörper gelegen ist. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Scheidelinie alternativ oder zusätzlich zwischen dem ersten Strahlerelement und dem zweiten Strahlerelement eine erste Stelle aufweisen, die gegenüber einer zweiten Stelle der Scheidelinie tiefer im Strahlerkörper gelegen ist. Dies kann sich insbesondere dadurch ergeben, dass Strahlerelemente mit sich durchdringenden (virtuellen) Aperturen gebildet werden wie zuvor mit Bezug auf 4 beschrieben. Gemäß einigen Ausführungsformen durchdringen sich die Aperturen von mindestens zwei Strahlerelementen.
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In 4 erfüllen die Scheidelinien 141 und 142 beispielsweise beide Kriterien. Sie weisen einen Bereich auf, der gegenüber der Einhüllenden (= Ebene, die die Scheidepunkte 145 umfasst) tiefer im Strahlerkörper 110 liegt, z. B. einen Bereich in der Mitte zwischen zwei Scheidepunkten. Gleichzeitig weisen sie eine erste Stelle auf der Scheidelinie auf, z. B. die Mitte 191 zwischen zwei Scheidepunkten, die gegenüber einer zweiten Stelle auf derselben Scheidelinie tiefer im Strahlerkörper 110 liegt, wobei die zweite Stelle z. B. ein Punkt 192 ist, der näher an einem der Scheidepunkte liegt als besagte Mitte 191. Dasselbe gilt für die in den 5 und 6 gezeigten Scheidelinien 143, 144 und 243 wie zuvor beschrieben. Die beiden Kriterien sind jedoch unabhängig, und es gibt Geometrien, die dem ersten, aber nicht dem zweiten Kriterium genügen und umgekehrt. Entsprechende Ausführungsformen können daher alternative Lösungen zu dem eingangs formulierten technischen Problem darstellen.
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Die in den 1 und 2 gezeigten Geometrien erfüllen jedoch beide Kriterien nicht. Die Scheidelinien zwischen je zwei Strahlerelementen 20, egal wie sie auf den Plateaus 12 definiert wird, liegt in der Ebene der Einhüllenden und nicht tiefer im Strahlerkörper als diese. Gleichzeitig ist kein Punkt auf der Scheidelinie gegenüber einem anderen tiefer in dem Strahlerkörper gelegen, da sich die Scheidelinie in einer Ebene, nämlich der Aperturebene, befindet.
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Die Antennengruppe kann ein drittes Strahlerelement umfassen, das als Senke gegenüber der Einhüllenden des Strahlerkörpers ausgebildet ist. Sie kann auch weitere N-3 Strahlerelemente umfassen, die ebenso als Senken ausgebildet sind. Die Scheidelinie zwischen dem ersten Strahlerelement und dem dritten Strahlerelement kann einen Bereich aufweisen, der gegenüber der Einhüllenden des Strahlerkörpers tiefer im Strahlerkörper gelegen ist. Die Scheidelinie zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlerelement kann sich mit der Scheidelinie zwischen dem ersten und dem dritten Strahlerelement in einem Scheidepunkt schneiden. Dieser kann einen Punkt der Einhüllenden des Strahlerkörpers darstellen.
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Die als Senken ausgebildeten Strahlerelemente können alle gleich geformt sein. Dies kann für die Abstrahlcharakteristik vorteilhaft sein, und kann gegebenenfalls die Herstellung vereinfachen. Sie könnten aber auch unterschiedliche Formen haben. Die Strahlerelemente können z. B. trichterförmig in den Strahlerkörper hinein verlaufen. Eine Trichterform liegt vor, wenn sich das Strahlerelement in der Richtung entgegen der Abstrahlrichtung, d. h. in den Strahlerkörper hinein nicht aufweitet, d. h. entweder verjüngt oder von konstantem Querschnitt bleibt. Das Strahlerelement kann auch streng trichterförmig sein, d. h. sich verjüngend, oder im Wesentlichen trichterförmig, was auch Aufweitungen zulässt, solange diese klein sind. Aufweitungen sind klein, sofern sie in Tiefenrichtung höchstens in einem Bereich vorkommen, der mindestens eine Größenordnung kleiner ist als die Dicke des Strahlerkörpers zwischen Aperturfläche auf der Abstrahl/Empfangsseite und Rückseite des Strahlerkörpers auf der Speisungsseite, und sofern sie senkrecht zur Abstrahlrichtung mindestens eine oder gar mindestens zwei Größenordnungen kleiner sind als die Distanz zwischen benachbarten Scheidepunkten, die das Strahlerelement begrenzen.
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Die Strahlerelemente können so ausgebildet sein, dass ihnen jeweils ein Rotationskörper oder eine Pyramide einbeschreibbar ist. Ein Rotationskörper oder eine Pyramide ist dem Strahlerelement einbeschreibbar, wenn zumindest einige flächige Teile der Mantelflächen die Wände des Strahlerelements in dem Strahlerkörper berühren. Rotationskörper umfassen Kegel oder deren Stümpfe. Pyramiden können jedes k-Eck als Grundfläche aufweisen, wobei k ≥ 3, z. B. k = 3, 4, 5, 6, 8. Der Schnitt dieser Rotationskörper oder Pyramiden bildet die jeweilige Scheidelinie zwischen benachbarten Strahlerelementen. Die Grundflächen dieser Rotationskörper oder Pyramiden an einem lokalen Maximum auf der Scheidelinie können sich durchdringende, ggf. virtuelle Aperturen der Strahlerelemente darstellen. Ein Beispiel für eine trichterförmige, aber nicht rotationssymmetrische oder pyramidenartige Ausgestaltung der Strahlerelemente ist z. B. die kleeblattartige Form der Strahlerelemente in der
WO 2010/069350A1 , die hierin durch Referenz in Gänze eingebunden wird.
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In 4 sind die Strahlerelemente 120 alle streng trichterförmig mit einbeschreibbarem Kegel. Die Kreisgrundfläche dieser Kegel stellen in der Ebene der Einhüllenden, die die Scheidepunkte 145 umfasst, die virtuellen Aperturen 135 dar. Die Scheidelinien sind hier hyperbelförmig. Die Geometrie nach 4 ist insoweit vorteilhaft, dass eine geringere Überschneidung der Aperturen eine geringere Ausnutzung der Fläche der Antennengruppe darstellen würde, während eine noch weitere Überschneidung keine zusätzliche Ausnutzung bedeutete und somit auch keinen zusätzlichen Gewinn der Antennenanordnung.
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Nach einigen Ausführungsformen, u. a. gemäß der Ausführungsform nach 4, kann der halbe Abstand der Zentren benachbarter Strahlerelemente kleiner sein als der Abstand jedes dieser Zentren zum nächstgelegenen lokalen Maximum auf der Scheidelinie zwischen den benachbarten Strahlerelementen. Das Zentrum eines Strahlerelements kann bei entsprechender Symmetrie des Strahlerelements der Schwerpunkt der Fläche seiner, unter Umständen virtuellen, Apertur sein. Ist die Apertur kreisförmig, so kann das Zentrum der Kreismittelpunkt sein. Dies ist in der Ausführungsform gemäß 4 der Fall.
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Die Zentren benachbarter Strahlerelemente können mehr als eine halbe oder mehr als eine Wellenlänge auseinanderliegen. Dabei kann die Wellenlänge z. B. 1 cm (entsprechend einer Frequenz von 30 GHz der Strahlung) oder 1,5 cm betragen (entsprechend einer Frequenz von 20 GHz). Die Zentren können z. B. 1,25 cm bei einer Frequenz von 30 GHz auseinanderliegen. Bei einer Vielzahl von Strahlern (z. B. 32×32) kann eine solche Antennengruppe z. B. 40×40 cm groß sein.
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Die Antennengruppe kann m·n Strahlerelemente aufweisen, die in einer Matrix angeordnet sind, so dass es eine erste Gruppe von Scheidelinien gibt, die in einer ersten Ebene liegen, und es eine zweite Gruppe von Scheidelinien gibt, die in einer zweiten Ebene liegen. Die erste Ebene kann zu der zweiten Ebene senkrecht sein. In 4 gehört z. B. die Scheidelinie 141 zu einer Gruppe von Scheidelinien, die in einer Ebene senkrecht zu der Gruppe von Scheidelinien liegt, die die Scheidelinie 142 umfasst. Eine solche Anordnung in einer rechtwinkligen Matrix wird kartesische Anordnung genannt. Bei einer kartesischen Anordnung kann das Design eines Speisenetzwerks einfacher sein als bei anderen Anordnungen. Alternativ kann die Matrix einen beliebigen Winkel zwischen ihren Reihen und Spalten einschließen. Die Anordnung kann z. B. hexagonal sein. Bei einer hexagonalen Anordnung, bei der sich kreisförmige Aperturen benachbarter Strahlerelemente in einem Punkt schneiden, schneiden sich drei Scheidelinien in einem Scheidepunkt, nicht vier wie in der kartesischen Anordnung in 4.
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Die Antennengruppe kann ein Speisenetzwerk umfassen. Dieses kann mit dem Strahlerkörper an der Einspeisungsseite verbunden sein. Es kann sich z. B. um ein Hohlleiterspeisenetzwerk handeln. Die einzelnen Hohlleiter des Hohlleiterspeisenetzwerks können z. B. mit den Strahlerelementen an der Einspeisungsseite des Strahlerkörpers verbunden sein. Sind die Strahlerelemente beispielsweise trichterförmig, so können die Strahlerelemente mit den Hohlleitern des Hohlleiterspeisenetzwerks an dem verjüngten Ende der Trichterform der Strahlerelemente verbunden sein. Das Speisenetzwerk kann alternativ z. B. ein Strip-Line-Netzwerk, ein Mikrostreifenleitungsnetzwerk oder ein Koplanarleitungsnetzwerk sein.
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7 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Antennengruppe 100 gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform. Die Antennengruppe umfasst den Strahlerkörper 110 mit den Strahlerelementen wie in 4. Die Strahlerelemente sind hohlleitergespeist. Das Speisenetzwerk 700 in Hohlleitertechnik ist in den unterhalb des Strahlerkörpers 110 dargestellten Ebenen 702, 703, 704, 705, 706 und 707 gezeigt. In 7 mag es aufgrund des hohen Platzbedarfs des Hohlleiterspeisenetzwerkes nicht möglich sein, den Strahlerelementabstand weiter zu verringern. Hier ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Struktur besonders nützlich wie oben erläutert. 8 zeigt einen Querschnitt durch die 7 zwischen den Linien C-C.
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Während sich obige Erläuterungen auf einzelne Ausführungsformen der Erfindung beziehen, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung ersonnen werden ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, welcher durch die nachfolgenden Patentansprüche festgelegt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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