DE102012109106A1

DE102012109106A1 - Planarantenne mit verschachtelter Anordnung von Sendearray und Empfangsarray

Info

Publication number: DE102012109106A1
Application number: DE201210109106
Authority: DE
Inventors: Oliver Litschke; Simon Otto; Sybille Holzwarth
Original assignee: IMST GmbH
Current assignee: IMST GmbH
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2014-03-27

Abstract

Eine Planarantenne wird bereitgestellt. Die Planarantenne umfasst ein Sendearray zum Senden in einem ersten Frequenzbereich und ein vom Sendearray unabhängiges Empfangsarray zum Empfangen in einem zweiten, vom ersten verschiedenen Frequenzbereich. Die konvexen Hüllen von Sendearray und Empfangsarray überlappen sich.

Description

[GEBIET DER ERFINDUNG]
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Planarantennen, die voneinander unabhängige Sende- und Empfangsarrays aufweisen. Antennenarrays werden auch Antennengruppen oder Gruppenantennen genannt. Das Sendearray ist zum Senden in einem ersten Frequenzbereich ausgelegt, das Empfangsarray zum Empfangen in einem zweiten, vom ersten verschiedenen Frequenzbereich. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich insbesondere auf eine spezifische Ausgestaltung und relative Anordnung der Sende- und Empfangsarrays. Einige Ausführungsformen beziehen sich auf Planarantennen, die von Hohlleitern gespeist sein können. Ein Beispiel ist eine Satellitenkommunikationsantenne zur Datenübertragung im Ka-Band.
[TECHNISCHER HINTERGRUND]
Für die Realisierung von Satelliten-Sendeempfangsantennen werden heute zumeist Reflektorantennen (Parabolantennen) verwendet. Planarantennen mit Antennenarrays bilden für die Satellitenkommunikation eine interessante Alternative, wobei die Antenne den Aufbau einer bidirektionalen Kommunikationstrecke von einem Terminal am Boden zu einem Satelliten und ggf. über den Satelliten und eine Erdfunkstelle in ein Telekommunikationsnetz ermöglicht.
Je größer ein Array ist, desto besser ist die Bündelung und desto höher der Antennengewinn. Für eine gute Übertragungsqualität ist also grundsätzlich eine großes Array vorteilhaft. Große Arrays sind jedoch insbesondere für einen nomadischen Einsatz, bei dem die Planarantenne an wechselnden Stellen aufgebaut und ausgerichtet wird oder sich selbst ausrichtet, und noch mehr bei mobilem Einsatz solcher Planarantennen, bei dem die Planarantenne während der Kommunikation bewegt wird, sind große Arrays von Nachteil, z.B. was Transport und/oder Handhabung angeht. Eine einfache, beliebige Verkleinerung des Arrays kann ausgeschlossen sein, da darunter z.B. die Bündelungseigenschaften leiden würden und eine gewisse Bündelungsqualität vorgeschrieben sein kann, z.B. durch ETSI-Spezifikationen. Eine solche Spezifikation ist z.B. ETSI EN 301 459 V1.4.1 (2007-06), betitelt „Harmonized European Standard (Telecommunications series) Satellite Earth Stations and Systems (SES); Harmonized EN for Satellite Interactive Terminals (SIT) and Satellite User Terminals (SUT) transmitting towards satellites in geostationary orbit in the 29,5 GHz to 30,0 GHz frequency bands covering essential requirements under article 3.2 of the R&TTE Directive”, die hierin durch Verweis eingebunden wird.
Es besteht daher ein Bedarf nach einem verbesserten Design einer Planarantenne, bei der eine sehr gute Sende-Empfangsqualität bei kompakter Gesamtabmessung erzielt werden kann.
[ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG]
Im Lichte des Obigen werden Planarantennen gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2 und die Verwendung von Planarantennen zur Datenübertragung gemäß Anspruch 13 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.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Planarantenne bereitgestellt. Die Planarantenne umfasst ein Sendearray zum Senden in einem ersten Frequenzbereich und ein vom Sendearray unabhängiges Empfangsarray zum Empfangen in einem zweiten, vom ersten verschiedenen Frequenzbereich. Die konvexen Hüllen von Sendearray und Empfangsarray überlappen sich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Planarantenne bereitgestellt. Die Planarantenne umfasst ein Sendearray zum Senden in einem ersten Frequenzbereich und ein vom Sendearray unabhängiges Empfangsarray zum Empfangen in einem zweiten, vom ersten verschiedenen Frequenzbereich. Das Empfangsarray weist zwei im Wesentlichen orthogonal aufeinanderstehende Außenkanten auf. Das Empfangsarray liegt im Wesentlichen innerhalb des durch diese zwei Außenkanten aufgespannten, umgebenden Rechtecks. Das umgebende Rechteck des Empfangsarrays und das Sendearray überlappen sich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Verwendung einer Planarantenne zur Datenübertragung bereitgestellt.
Weitere Vorteile, Merkmale, Aspekte und Details von Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, den Abbildungen und der Beschreibung.
[KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN]
Einige der oben erwähnten und weitere detaillierte Aspekte werden in der folgenden Beschreibung beschrieben und teilweise mit Bezug auf die Abbildungen erläutert.
1 zeigt eine Planarantenne mit einem Sende- und einem Empfangsarray;
2 zeigt eine schematische Ansicht einer Planarantenne mit einem Sende- und Empfangsarray gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen;
3 zeigt eine schematische Ansicht einer Planarantenne mit einem Sende- und Empfangsarray gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen;
4 zeigt eine Aufsicht einer Planarantenne mit einem Sende- und Empfangsarray gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform;
5 zeigt eine Aufsicht einer Planarantenne mit einem Sende- und Empfangsarray gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform;
6 zeigt eine perspektivische Darstellung der Planarantenne aus 5;
7 zeigt ein Antennenarray mit Hohlleiterspeisenetzwerk für Planarantennen gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen;
8 zeigt eine schematische Darstellung einer Planarantenne mit Positionier- und Kontrollsystem gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform.
[DETAILLIERTE BESCHREIBUNG]
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.
Der hierin verwendete Ausdruck ‘Planarantenne’ impliziert eine flächige Ausdehnung der so bezeichneten Antenne. Die Hauptabstrahlrichtung ist orthogonal zu der flächigen Ausdehnung, unbeschadet der Möglichkeit, dass eine Planarantenne eine elektronische Schwenkbarkeit des Antennendiagramms aufweisen kann. Beispielsweise fehlt es einer Yagi-Uda-Antenne an der flächigen Ausdehnung, und selbst wenn ihre stabförmigen, im Wesentlichen eindimensionalen Elemente in einer Ebene liegen, so liegt die Hauptabstrahlrichtung in dieser Ebene, und steht nicht orthogonal dazu. Eine solche Antenne ist keine Planarantenne. Eine Planarantenne umfasst mindestens ein Antennenarray, manchmal auch Antennengruppe, Gruppenantenne oder Strahlerfeld genannt. Ein Antennenarray umfasst einzelne Antennenelemente. Diese werden hierin Einzelstrahlerelemente oder Strahlerelemente genannt, auch wenn sie Teil eines Empfangsarrays sind, bei dem keine Abstrahlung erfolgt. Antennenarrays einer Planarantenne sind selbst planar und haben eine Aperturebene, die durch die Aperturen der Strahlerelemente bestimmt wird.
Umfasst eine Planarantenne zwei Antennenarrays, so können diese Antennenarrays unabhängig voneinander sein. Der Begriff ‘unabhängig’ in diesem Zusammenhang bedeutet, dass die Antennenarrays keines ihrer einzelnen Strahlerelemente gemeinsam nutzen, weder zum Senden noch zum Empfangen. Ist z.B. ein Sendearray einer Planarantenne unabhängig von einem Empfangsarray dieser Planarantenne, dann wird keines der abstrahlenden Strahlerelemente des Sendearrays gleichzeitig als empfangendes Strahlerelement des Empfangsarrays verwendet. Die Speisenetzwerke sind entsprechend getrennt und kein Strahlerelement ist mit einer Sendeeinheit des Sendearrays und einer Empfangseinheit des Empfangsarrays gleichzeitig verbunden.
1 zeigt eine Planarantenne 1, die ein Empfangsarray 10 und ein davon unabhängiges Sendearray 20 aufweist. Das Empfangsarray weist in Form einer quadratischen Matrix angeordnete Strahlerelemente 12 auf, und das Sendearray 20 entsprechend Strahlerelemente 22. Die Planarantenne ist zum Senden und Empfangen im Ka-Band ausgelegt (z.B. uplink: 27,5–31 GHz; downlink 17,7–21,2 GHz). Das Sendearray 20 ist z.B. zum Senden in einem ersten Frequenzbereich mit Frequenzen von 29,5–30 GHz ausgelegt, und das Empfangsarray zum Empfangen in einem zweiten Frequenzbereich von 19,7–20,2 GHz. Die relativen Abmessungen von Empfangs- und Sendearray verhalten sich wie der Kehrwert des Quotienten aus den Frequenzbereichsmitten der Empfangs-, bzw. Sendefrequenzen, bzw. wie der Quotient der zugehörigen mittleren Wellenlängen. Das Empfangsarray 10 ist also ungefähr 1,5 mal größer als das Sendearray 20 für Satellitenkommunikation im Ka-Band.
Das Sendearray 20 und das Empfangsarray 10 sind nebeneinander angeordnet. Beide Arrays zusammen sind allerdings deutlich größer als z.B. eine Reflektorantenne mit vergleichbaren Strahlungseigenschaften, welche für Sende- und Empfangsbetrieb einen Reflektor und somit dieselbe Apertur benutzt. Der Gesamtformfaktor, d.h. das Verhältnis von Länge zu Breite der Antenne ist überdies ungünstig.
Gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen wird eine Planarantenne bereitgestellt. Die Planarantenne kann eine terrestrische Planarantenne sein, z.B. eine Sende-Empfangsantenne für die Satellitenkommunikation. Die Planarantenne kann eine fest installierte Planarantenne sein, eine nomadische Planarantenne oder eine mobile Planarantenne. Die Planarantenne kann also für ortsfesten, nomadischen oder mobilen Betrieb konfiguriert sein, wobei die Anforderungen insbesondere an die Agilität und auch an die Kompaktheit der Antenne in dieser Reihenfolge zunimmt.
Die Planarantenne umfasst ein Sendearray und ein Empfangsarray. Das Sendearray und das Empfangsarray sind voneinander unabhängig. Dadurch kann das Speisenetzwerk vereinfacht sein, z.B. kann einem gewissen Raumerfordernis des Speisenetzwerkes für das Sendearray und das Empfangsarray Rechnung getragen werden und auch die elektronische Verarbeitung der ausgehenden und eingehenden Signale kann vereinfacht sein.
Das Sendearray ist ein Sendearray zum Senden in einem ersten Frequenzbereich. Das Empfangsarray ist ein Empfangsarray zum Empfangen in einem zweiten Frequenzbereich. Der zweite Frequenzbereich ist typischerweise vom ersten Frequenzbereich verschieden. Der erste und zweite Frequenzbereich können disjunkt sein, d.h., das keine Frequenz aus dem ersten Frequenzbereich im zweiten liegt und umgekehrt.
Der erste und zweite Frequenzbereich können Frequenzbereiche in Frequenzbändern der Satellitenkommunikation sein oder können solchen entsprechen. Beispielsweise können der erste und zweite Frequenzbereich im Gigahertz-Bereich liegen, z.B. im Bereich von 1 bis 325 GHz, typischerweise von 8 bis 50 GHz, von 12 bis 40 GHz, oder von 27–40 GHz (Ka-Band). Das Sende- und das Empfangsarray können zum Senden, bzw. Empfangen im Ka-Band ausgelegt sein. Der erste Frequenzbereich kann z.B. im Uplink-Bereich des Ka-Bandes von 27,5–31 GHz liegen oder diesem entsprechen. Der erste Frequenzbereich kann z.B. 29,5–30 GHz betragen. Der zweite Frequenzbereich kann z.B. im Downlink-Bereich des Ka-Bandes von 17,7–21,2 GHz liegen oder diesem entsprechen. Der zweite Frequenzbereich kann z.B. 19,7–20,2 GHz betragen.
Nach einer Ausführungsform überlappen sich die konvexen Hüllen von Sendearray und Empfangsarray. Dies wird auch als eine verschachtelte Anordnung des Sendearrays und des Empfangsarrays bezeichnet. Das Sendearray und das Empfangsarray werden dabei jeweils als Menge von Punkten im Raum aufgefasst, bzw. als Menge von Punkten in Ebenen, nämlich als Menge der in den Aperturebenen der jeweiligen Arrays liegenden Punkte. Die konvexe Hülle ist die kleinste konvexe Menge, die das Sende-, bzw. Empfangsarray umfassen. Eine Menge im Raum, bzw. in einer Ebene ist konvex, wenn für jedes Paar von Punkten der Menge auch die Verbindungslinie zwischen diesen Punkten in der Menge liegt. Man kann also auch sagen, dass sich die konvexen Hüllen von Sende- und Empfangsarray schneiden, bzw. eine nicht-leere Schnittmenge aufweisen. Dabei ist sowohl der Fall einer dreidimensionalen konvexen Hülle um die Körper des Sende-, bzw. des Empfangsarrays umfasst als auch der Fall einer zweidimensionalen konvexen Hülle um die Punkte in der jeweiligen Aperturebene. Es können sich die dreidimensionalen konvexen Hüllen und/oder die zweidimensionalen konvexen Hüllen des Sendearrays und des Empfangsarrays im vorgenannten Sinn gemäß Ausführungsformen der Erfindung überlappen. Die zweidimensionalen konvexen Hüllen von Sendearray und Empfangsarray können sich in einer gemeinsamen Aperturebene überlappen.
Anschaulich lässt sich z.B. in der Ebene die konvexe Hülle einer Punktmenge als die Form visualisieren, die entsteht, wenn man ein Gummiband um die Punktmenge legt. Kommt hierbei etwas hinzu, hatte also die ursprüngliche Punktmenge eine Eindellung oder ein Loch, so war die ursprüngliche Punktmenge selbst nicht konvex. Kommt nichts hinzu, war die ursprüngliche Punktmenge bereits konvex, so dass die konvexe Hülle mit ihr identisch ist. Im dreidimensionalen Fall müsste man vergleichbar an eine Gummihaut denken, die über eine Menge von Punkten gezogen wird.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Planarantenne 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Planarantenne 200 umfasst ein Empfangsarray 210 und ein daneben angeordnetes Sendearray 220. Strahlerelemente sind durch Kreise dargestellt. Das Empfangsarray 210 ist selbst keine konvexe Menge in der dargestellten Aperturebene, sondern hat eine Eindellung. Die konvexe Hülle 230 des Empfangsarrays 210 umfasst den gesamten Bereich innerhalb der gepunktet dargestellten Linie. Die konvexe Hülle des Sendearrays 220 hat dieselbe äußere Kontour wie das Sendearray, umfasst aber auch alle Punkte innerhalb dieser Kontour. Die konvexe Hülle 230 des Empfangsarrays 210 und die konvexe Hülle des Sendearrays 220 überlappen sich.
Nach einer weiteren Ausführungsform weist das Empfangsarray zwei orthogonal aufeinander stehende, aneinander angrenzende Außenkanten auf, typischerweise gerade Außenkanten. Dabei soll ein orthogonales Aufeinanderstehen auch kleine Abweichungen von strenger Rechtwinkligkeit umfassen, z.B. Abweichungen von wenigen Graden oder weniger als einem Grad. Die zwei orthogonal aufeinander stehenden Außenkanten spannen ein Rechteck auf. Das Empfangsarray liegt innerhalb oder zumindest im Wesentlichen innerhalb dieses Rechtecks. Das Empfangsarray liegt im Wesentlichen innerhalb des Rechtecks, wenn höchstens 10% oder höchstens 5% oder gar höchstens 1 % der Fläche des Empfangsarrays außerhalb des Rechtecks liegen. Liegt das Empfangsarray ganz innerhalb des Rechtecks, ist dieses Rechteck ein umgebendes Rechteck. Das Rechteck und das Sendearray überlappen sich. Unter solch einem Rechteck soll auch ein Quader, bzw. unter einem umgebenden Rechteck ein umgebender Quader verstanden sein. Die Rollen von Sende- und Empfangsarray können auch umgekehrt sein, was eine weitere Ausführungsform ergibt.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Planarantenne 300 gemäß einer Ausführungsform. Die Planarantenne 300 weist ein Empfangsarray 310 und ein Sendearray 320 auf. Diese weisen eine gemeinsame Aperturebene auf, welche in 3 die Zeichenebene ist. Das Empfangsarray 310 hat zwei orthogonal aufeinanderstehende, gerade Außenkanten, die in der Aperturebene ein das Empfangsarray umgebendes Rechteck 340 aufspannen. Das Sendearray 320 überlappt sich mit dem Rechteck 340 in der Aperturebene.
Die verschachtelte Anordnung von Sende- und Empfangsarray gemäß Ausführungsformen, die auf der konvexen Hülleneigenschaft beruhen, kann so angesehen werden, dass eines der Arrays in das andere eindringt, bzw. dass dem einen Array ein Stück zu fehlen scheint, dessen Platz das andere zumindest teilweise einnimmt. Auch die Anordnung von Sende- und Empfangsarray gemäß Ausführungsformen, die auf der Rechteckeigenschaft beruhen, kann so angesehen werden, dass das dem einen Array ein Stück zu einer vorteilhaften Rechtecksform fehlt und das andere zumindest teilweise den Platz des fehlenden Stücks einnimmt. Zwar mag es sein, dass das Array, dem ein Stück zu fehlen scheint, gegenüber dem konvex oder durch umgebendes Rechteck ergänzten Array eine reduzierte Performance, insbesondere verminderte Bündelung oder verschlechtertes Richtdiagramm, aufweist, jedoch erreichen Ausführungsformen der Erfindung eine kompaktere Bauweise, und insbesondere eine verkleinerte Gesamtfläche der Planarantenne. Der Gesamtformfaktor kann verbessert sein. Diese Vorteile können die Nachteile einer durch das Opfern eines Teilstücks eines Arrays reduzierten Performance überwiegen.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann eine Planarantenne sowohl die konvexe Hülleneigenschaft als auch die Rechteckseigenschaft aufweisen. Eine solche Planarantenne umfasst ein Sendearray zum Senden in einem ersten Frequenzbereich und ein vom Sendearray unabhängiges Empfangsarray zum Empfangen in einem zweiten, vom ersten verschiedenen Frequenzbereich. Das Empfangsarray, das Sendearray, oder auch beide weist/weisen zwei orthogonal aufeinanderstehende Außenkanten auf und liegt/liegen im Wesentlichen innerhalb des durch diese zwei Außenkanten aufgespannten Rechtecks. Die konvexen Hüllen von Sendearray und Empfangsarray überlappen sich. Das Rechteck des Empfangsarrays überlappt das Sendearray und/oder das Rechteck des Sendearrays überlappt das Empfangsarray.
Gemäß weiteren Ausführungsformen können Planarantennen eine, mehrere oder alle der folgenden Eigenschaften aufweisen.
Das Sendearray und das Empfangsarray können so angeordnet sein, dass sie sich nicht überlappen. Das Sende- und Empfangsarray mögen also, als jeweilige Punktmengen aufgefasst, eine leere Schnittmenge haben. Bei einer solchen Anordnung wird auch davon gesprochen, dass das Sendearray und das Empfangsarray separat, bzw. räumlich getrennt sind. Zum Beispiel überlappen sich das Sendearray 220 und das Empfangsarray 210 in 1 selbst nicht, sind also separat.
Zwar liefert eine Anordnung, bei der die – nach wie vor voneinander unabhängigen – Arrays sich gemäß einer Ausführungsform überlappen, z.B. indem die Strahler der jeweiligen Arrays in ein und demselben Grundkörper gebildet werden, eine sehr kompakte Bauform. Die separate Anordnung von Sende- und Empfangsarray hat aber den Vorteil, dass die Verschachtelung einfacher und weniger aufwendig sein kann und aus thermischen Gründen und Gründen der Isolation günstiger sein mag.
Das Sendearray und das Empfangsarray können nebeneinander angeordnet sein. Dies ist der Fall, wenn es keine ebene Fläche parallel zu einer der Aperturebenen gibt, die die beiden Arrays trennt. Beispielsweise sind bei einer Antenne, in der Sende- und Empfangsarray in verschiedenen Schichten eines Stapels vertikal übereinander angeordnet sind, weder das konvexe Hüllenkriterium noch ein Nebeneinander der beiden Arrays erfüllt. In typischen Ausführungsformen liegen die Aperturebenen des Sendearrays und des Empfangsarrays in derselben Ebene. Dann wird auch von der Aperturebene der Planarantenne gesprochen.
Durch eine Anordnung nebeneinander, insbesondere so, dass die Planarantenne eine einzige Aperturebene aufweist, ergibt sich der Vorteil, dass auf der der Abstrahl-, bzw. Empfangsseite abgewandten Seite der Arrays Platz für ein Speisenetzwerk zur Verfügung steht, z.B. für ein Hohlleiterspeisenetzwerk.
Die konvexe Hülle des Empfangsarrays kann das Sendearray überlappen. In diesem Fall dringt das Sendearray in das Empfangsarray im vorgenannten Sinn ein. Bei der Projektion des Sendearrays in die Aperturebene des Sendearrays kann die Außenkontour der Projektion eine konvexe Kurve sein. Ein Array mit dieser Eigenschaft wird vollständig genannt. Bei der Projektion des Empfangsarrays in die Aperturebene des Empfangsarrays kann es sein, dass die Außenkontour der Projektion keine konvexe Kurve ist. Ein Array mit dieser Eigenschaft wird unvollständig genannt. Nach anderen Ausführungsformen sind die vorgenannten Eigenschaften des Sende- und Empfangsarrays vertauscht.
Beispielsweise könnte 2 die Projektion des Sendearrays 210 und des Empfangsarrays 220 in eine gemeinsame Aperturebene, nämlich die Zeichenebene, darstellen. Die Außenkontour des projizierten Sendearrays 220 ist konvex, umschließt also eine konvexe Menge. Die Außenkontour des projizierten Empfangsarrays 210 hingegen ist nicht überall bauchig, sondern hat eine Eindellung, genauer gesagt ist nicht konvex. Das Sendearray 220 ist also vollständig und kann gute Antenneneigenschaften wie z.B. Bündelung aufweisen, was insbesondere bei Satellitenkommunikation, wo der Uplink Zulassungsspezifikationen wie z.B. ETSI-Spezifikationen unterliegt, vorteilhaft sein kann. Dass das Empfangsarray 210 unvollständig ist, ihm also ein Stück zu fehlen scheint, kann zwar gegenüber einem z.B. durch Bildung der konvexen Hülle oder des umgebenden Rechtecks vervollständigten Array eine verringerte Performance bedeuten, doch ist z.B. bei Satellitenkommunikation der Downlink nicht zulassungsrelevant. Die Vorteile durch eine kompaktere Bauweise können überwiegen.
Das Sendearray und das Empfangsarray können aneinander angrenzen. Das Sendearray und das Empfangsarray können sich in einem, zwei oder mehreren Punkten, Linien oder Flächen berühren. Grenzlinien können offene Linien sein, Grenzflächen können offene Flächen sein. Sie könnten, wenn ein Array vollständig in dem anderen liegt, auch geschlossene Linien, bzw. Flächen sein. Das Sendearray und das Empfangsarray können so aneinander angrenzen, dass das ‘fehlende Stück’ eines der beiden durch das andere ausgefüllt wird, wobei das fehlende Stück der durch die konvexe Hülle oder das umgebende Rechteck ergänzte Bereich ist. Weisen Sende- und Empfangsarray diese Eigenschaft auf, wird davon gesprochen, dass das Sendearray in das Empfangsarray eingepasst ist, bzw. umgekehrt. Durch aneinandergrenzende oder gar eingepasste Arrays kann eine kompaktere Bauform erreicht werden.
4 zeigt eine Planarantenne 400 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Planarantenne 400 umfasst ein Empfangsarray 410. Dieses weist Strahlerelemente 412 auf. Die Planarantenne 400 umfasst weiter ein Sendearray 420. Dieses weist Strahlerelemente 422 auf. Die konvexen Hüllen der beiden Arrays überlappen sich, insbesondere überlappt sich die konvexe Hülle des Empfangsarrays, dargestellt durch die gepunktete Linie 430, mit dem Sendearray 420. Auch überlappt sich das umgebende Rechteck des Empfangsarrays, dargestellt durch die gestrichelte Linie 440, das in diesem Fall ein das Empfangsarray 410 umgebendes Quadrat ist, mit dem Sendearray 420. Die Planarantenne 400 erfüllt also die konvexe Hülleneigenschaft und die umgebende Rechteckseigenschaft im Zweidimensionalen, nämlich in der gezeigten Aperturebene der Planarantenne 400, und im Dreidimensionalen. Das Empfangsarray 410 und das Sendearray 420 überlappen sich selbst nicht, sind nebeneinander angeordnet, grenzen aneinander und sind ineinander eingepasst.
Das Sendearray und/oder das Empfangsarray können Symmetrien aufweisen. Das Empfangsarray kann eine erste Empfangsarray-Symmetrieachse in seiner Aperturebene aufweisen. Das Empfangsarray kann eine erste Empfangsarray-Symmetrieebene aufweisen. Das Sendearray kann eine erste Sendearray-Symmetrieachse in seiner Aperturebene aufweisen. Das Sendearray kann eine erste Sendearray-Symmetrieebene aufweisen. Die erste Empfangsarray-Symmetrieachse und die erste Sendearray-Symmetrieachse können z.B. parallel versetzt sein in einer Richtung orthogonal zu parallelen, aber versetzten Aperturebenen der beiden Arrays oder können in einer Ebene orthogonal zu beiden Aperturebenen liegen und sich in einem Punkt schneiden, z.B. bei gegeneinander verkippten Aperturebenen. Typischerweise können die erste Empfangsarray-Symmetrieachse und die erste Sendearray-Symmetrieachse zusammenfallen, insbesondere in einer gemeinsamen Aperturebene von Sende- und Empfangsarray. Die erste Sendearray-Symmetrieebene und die erste Empfangsarray-Symmetrieebene können zusammenfallen.
Das Sendearray kann eine zweite Sendearray-Symmetrieachse in seiner Aperturebene aufweisen. Die zweite Sendearray-Symmetrieachse kann orthogonal zur ersten Sendearray-Symmetrieachse stehen. Das Sendearray kann eine zweite Sendearray-Symmetrieebene aufweisen. Die zweite Sendearray-Symmetrieachse kann orthogonal zur ersten Sendearray-Symmetrieebene stehen. Das Sendearray kann rechteckig oder quadratisch sein. Für Satellitenkommunikation ist im Sendebetrieb für das Richtdiagramm eine vorgeschriebene Bündelung und Nebenzipfeldämpfung z.B. durch ETSI-Spezifikation vorgesehen, um Störungen von Nachbarsatelliten zu vermeiden. Diese Anforderungen gelten in beiden Hauptebenen, nämlich der Vertikalen und Horizontalen. Zum Beispiel ist ein quadratisches Array zur Erfüllung dieser Anforderungen vorteilhaft. Alternativ oder zusätzlich kann das Empfangsarray die genannten Symmetrieeigenschaften als zweite Empfangsarray-Symmetrieachse, bzw. -ebene aufweisen. Das Empfangsarray kann die Form dreier kongruenter, L-förmig angeordneter Rechtecke oder Quadrate aufweisen. Die L-Form kann so beschaffen sein, dass ein viertes kongruentes Rechteck, bzw. Quadrat die L-Form zu einem größeren Rechteck, bzw. Quadrat ergänzt. Alternativ oder zusätzlich kann das Sendearray solch eine L-Form aufweisen.
In 4 hat das Sendearray 420 in der Aperturebene der Planarantenne 400 eine quadratische Form und weist dort eine erste Sendearray-Symmetrieachse 428 auf, die orthogonal auf einer zweiten Sendearray-Symmetrieachse 429 steht. Mit den Bezugszeichen 428 und 429 können ggf. aber auch entsprechende Symmetrieebenen bezeichnet sein, die orthogonal zur Zeichenebene stehen. Das Empfangsarray 410 ist L-förmig im oben beschriebenen Sinn und weist eine erste Empfangsarray-Symmetrieachse 418 in der Aperturebene auf. Mit dem Bezugszeichen 418 kann ggf. aber auch eine entsprechende Symmetrieebene bezeichnet sein, die orthogonal zur Zeichenebene steht. Die Symmetrieachsen 418 und 428, bzw. ggf. Symmetrieebenen 418 und 428, fallen zusammen.
Das Sende- und/oder Empfangsarray kann so angeordnet sein, dass die Ausdehnung in der Horizontalen maximiert wird, d.h., dass eine längste Ausdehnung des Arrays horizontal angeordnet wird. Ein quadratisches oder rechteckiges Array kann so aufgestellt werden, dass eine seiner Diagonalen horizontal liegt. Ein L-förmiges Array kann so aufgestellt werden, dass die gegenüber dem umgebenden Rechteck oder Quadrat verbliebene Diagonale horizontal liegt. Beides wird als diagonale Aufstellung bezeichnet. Das Sendearray und/oder das Empfangsarray kann eine zweite Sendearray-Symmetrieachse, bzw. Empfangsarray-Symmetrieachse in der Aperturebene aufweisen, die horizontal ausgerichtet ist.
In 4 ist die zweite Sendearray-Symmetrieachse 429 des Sendearrays 420 horizontal ausgerichtet. Ebenso ist die Achse 419 des Empfangsarrays 410, die mit der größten Ausdehnung innerhalb des Empfangsarrays zusammenfällt, horizontal ausgerichtet. Die Planarantenne 400 ist in der Aufsicht gezeigt, könnte aber nach hinten oder vorn bezüglich der Zeichenebene geneigt werden, ohne diese Eigenschaften aufzuheben.
Symmetrien der Arrays können sich positiv auf die Antennencharakteristik auswirken. Auch die Speisenetzwerke können einfacher gestaltet werden. Eine größere Ausdehnung, bzw. größere Gesamtapertur in der Horizontalen kann eine schärfere Bündelung bewirken. Dies ist z.B. für die Kommunikation mit geostationären Satelliten, die über dem Horizont stehen, von Vorteil. Sind Strahlerelemente in einem Rechteck oder Quadrat oder der L-Form regelmäßig in Zeilen und Spalten matrixförmig angeordnet, bewirkt die diagonale Aufstellung zudem, dass der Abstand der Zentren der Strahlerelemente in horizontaler Richtung zwar zunächst geometrisch um den Faktor Wurzel aus zwei vergrößert wird, jedoch zwei benachbarte Elemente darüber und darunter so wirken, als seien sie zu einem verschmolzen, was aufgrund einer daraus folgenden Gewichtung einer Situation entspricht, in der der Abstand effektiv um einen Faktor Wurzel aus zwei verkleinert ist. Dies ist für das Richtdiagramm vorteilhaft zur Vermeidung von Grating Lobes, da das Richtdiagramm vom Abstand der Strahlerelemente relativ zur Wellenlänge der abzustrahlenden, bzw. zu empfangenden Strahlung abhängt und bei schwenkbaren Strahlbündeln kleiner als eine halbe Wellenlänge sein sollte. Außerdem ist die Taperung der Amplitude vorteilhaft, die sich ergibt, weil die Zahl der Strahler pro Spalte zu den Ecken der Antenne hin abnimmt. Dadurch ergibt sich eine Reduktion der Nebenzipfel (Side Lobes) im Antennendiagramm. Für horizontal am Himmel stehende, geostationäre Satelliten kann eine gute Separation des Nutzsatelliten von benachbarten Satelliten erreicht werden.
Die Arrays können Unterarrays umfassen, bzw. aus Unterarrays bestehen. Unterarrays sind Teile eines Arrays, die mit einer eigenen Sendeeinheit, bzw. Empfangseinheit verbunden sind. Eine Empfangseinheit kann z.B. ein rauscharmer Signalumsetzer, d.h. ein LNB, sein. Eine Sendeeinheit kann z.B. ein Block Upconverter, d.h. ein BUC, sein. Durch eine Änderung der Phasenlage zwischen den Unterarrays kann eine Neigung der Hauptrichtung des Antennenbeams erreicht werden, z.B. um einige zehn Grad gegenüber der Orthogonalen zur Aperturfläche. Die Unterarrays können z.B. ein Schwenken des Antennenbeams um bis zu 60° ermöglichen, typischerweise bis zu 40° oder bis zu 30°. Eine Verwendung von mehr aktiven Unterarrays erlaubt größere Verschwenkwinkel. Ein geringerer Abstand der Unterarrays erlaubt größere Verschwenkwinkel, ohne dass Gratings überhand nehmen. Das elektronische Verschwenken ist schnell und ermöglicht z.B. die Kompensation von Vibrationen und Schwankungen einer Plattform der Planarantenne, insbesondere einer mobilen Planarantenne. Solche Plattformen können z.B. Fahrzeuge, insbesondere Schiffe oder Flugzeuge sein. Eine Grobausrichtung auf einen Satelliten kann demgegenüber mechanisch erfolgen.
Das Sendearray kann aus N Sende-Unterarrays bestehen. Dabei ist N eine natürliche Zahl, z.B. 2, 3, 4, 6, 8, 16, 32, 64 oder mehr. Insbesondere kann das Sendearray aus 2^x Unterarrays bestehen, wobei x = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder mehr ist. Die Sende-Unterarrays können mit jeweils eigenen Sendeeinheiten wie z.B. BUCs verbunden sein. Das Empfangsarray kann aus M Empfangs-Unterarrays bestehen. Dabei ist M eine natürliche Zahl, z.B. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 16, 32, 64 oder mehr. Es kann M = N – 1 gelten. Das Empfangsarray kann z.B. aus 3·2^x-2 Unterarrays bestehen, wobei x = 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder mehr ist. Die Empfangs-Unterarrays können mit jeweils eigenen Empfangseinheiten wie z.B. LNBs verbunden sein.
Die Sende-Unterarrays können untereinander kongruent sein. Sie können zumindest in der Aperturebene dieselbe Form haben. Die Empfangs-Unterarrays können untereinander kongruent sein. Die Empfangs-Unterarrays können zumindest in der Aperturebene dieselbe Form haben. Die Empfangs-Unterarrays und die Sende-Unterarrays können zueinander geometrisch ähnlich sein. Insbesondere können sie skalierte, d.h. vergrößerte oder verkleinerte Versionen voneinander seien. Das Größenverhältnis eines Empfangs-Unterarrays zu einem Sende-Unterarray kann dem Verhältnis der Empfangswellenlänge zur Sendewellenlänge entsprechen, bzw. dem Kehrwert des Verhältnisses der Empfangsfrequenz zur Sendefrequenz. Als Empfangs-, bzw. Sendefrequenz wird die mittlere Frequenz des zweiten, bzw. ersten Frequenzbereichs angesehen.
Ein quadratisches Sendearray kann z.B. eine Kantenlänge von 10 bis 200 cm haben, typischerweise von 20 bis 80 cm. Eine größere Kantenlänge ermöglicht bessere Bündelung, was z.B. zur Erfüllung von ETSI-Spezifikationen relevant sein kann. Eine Kantenlänge größer als 30 cm kann vorteilhaft sein. Das Sendearray kann z.B. eine Kantenlänge von 30 bis 50 cm, z.B. ungefähr 40 cm. Entsprechend können z.B. vier kongruente Unterarrays des Sendearrays die halben Kantenlängen aufweisen. Ein L-förmiges Empfangsarray kann z.B. aus drei quadratischen, kongruenten Unterarrays bestehen mit Kantenlängen von 5 bis 200 cm, typischerweise von 10 bis 60 cm, noch typischer von 20 bis 40 cm, z.B. ungefähr 30 cm. Die längste Außenkante der L-Form ist entsprechend doppelt so lang. Solche Größen sind vorteilhaft um z.B. eine mobile Verwendbarkeit der Planarantenne zu gewährleisten.
5 zeigt eine Planarantenne 500 mit einem Sendearray 520 und einem Empfangsarray 510. Das Sendearray weist vier kongruente, quadratische Sende-Unterarrays 524, 525, 526 und 527 auf, deren Abmessungen durch gestrichelte Linien angedeutet sind. Das Sendearray 510 ist quadratisch. Das Empfangsarray weist drei kongruente, quadratische Empfangs-Unterarrays 515, 516 und 517 auf, deren Abmessungen durch gestrichelte Linien angedeutet sind. Das Empfangsarray 510 ist L-förmig, wobei die drei Unterarrays 515, 516 und 517 die L-Form ausbilden. Ein viertes quadratisches, zu den drei Empfangs-Unterarrays kongruentes Unterarray würde das Empfangsarray zu einem Quadrat ergänzen. Das Sendearray 510 nimmt den Platz dieses fehlenden quadratischen Unterarrays ein.
Es wird eine kompakte Bauform einer mit guten Horizontaleigenschaften ausgestatteten Planarantenne erreicht, deren Hauptsende-, bzw. Hauptempfangsrichtung schwenkbar sein kann, wenn die Unterarrays entsprechend angesteuert werden. Bei einer Kantenlänge von 40 cm für das Sendearray und 30 cm für die Empfangs-Unterarrays, also 60 cm für die längste Kante der L-Form des Empfangsarrays kann beispielsweise die gesamte Planarantenne in einem Quadrat von 70 mal 70 cm Platz finden. Würde man Sende- und Empfangsarray unverschachtelt nebeneinander angrenzend anordnen wie in 1, wäre ein Rechteck von 60 cm mal 100 cm vonnöten, was nicht nur einer größeren Fläche, sondern auch einem ungünstigeren Gesamtformfaktor entspricht.
Das Sendearray kann erste Strahlerelemente umfassen und das Empfangsarray kann zweite Strahlerelemente umfassen, wobei sich mindestens eine der Verbindungslinien zwischen Paaren von Zentren der ersten Strahlerelement mit mindestens einer der Verbindungslinien zwischen Paaren von Zentren der zweiten Strahlerelemente schneidet. Dieses Verbindungslininen-Kriterium ist ein weiteres Kriterium, anhand dessen die Verschachtelung von Sende- und Empfangsarray gemessen werden kann. In 5 sind beispielhaft zur Illustration eine Verbindungslinie 594 zwischen zwei Zentren von Strahlerelementen 512 des Empfangsarrays 510 sowie eine Verbindungslinie 592 zwischen zwei Zentren von Strahlerelementen 522 des Sendearrays 520 eingezeichnet. Diese Verbindungslinien schneiden sich, so dass Sende- und Empfangsarray auch nach dem Verbindungslinienkriterium verschachtelt sind.
Das Sende- und/oder Empfangsarray, bzw. ihre jeweiligen Unterarrays, können eine regelmäßige Anordnung von Strahlerelementen aufweisen. Zum Beispiel können diese Arrays, bzw. Unterarrays eine matrixhafte Anordnung von Strahlerelementen in Zeilen und Spalten aufweisen. Die Zeilen und Spalten können orthogonal aufeinander stehen, und die Anordnung kann rechteckig oder quadratisch sein. Eines, mehrere oder alle Sende-Unterarrays können n mal n Strahlerelemente aufweisen, wobei n eine natürlich Zahl ist, z.B. n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 12, 16, 32, 64, 128 oder mehr. Eines, mehrere oder alle Empfangs-Unterarrays können m mal m Strahlerelemente aufweisen, wobei m eine natürlich Zahl ist, z.B. m = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 12, 16, 32, 64, 128 oder mehr. Typischerweise ist m gleich n.
Planarantennen mit planaren Arrays können z.B. in Mikrostreifen-Technik oder als Hohlleiterstruktur ausgebildet sein. Ohne dass irgendeine Beschränkung damit einhergehen soll, werden nachfolgend nur Arrays mit Hohlleiterstruktur beschrieben. Die Strahlerelemente sind in diesem Fall offene Hohlraumresonatoren. Das Speisenetzwerk solcher Ausführungsformen einer Planarantenne kann ein Hohlleiterspeisenetzwerk sein, bzw. die Speisenetzwerke können Hohlleiterspeisenetzwerke sein. Ist ein Array durch ein oder mehrere Hohlleiterspeisenetzwerke gespeist, wird von einem hohlleitergespeisten Array gesprochen. Sind gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung alle Arrays einer Planarantenne durch Hohlleiterspeisenetzwerke gespeist, wird von einer hohlleitergespeisten Planarantenne gesprochen. Jedes der Arrays kann z.B. zwei Speisenetzwerke aufweisen, um die Polarisation der abzustrahlenden oder zu empfangenden Strahlung einstellbar zu machen. Für Satellitenkommunikation kann z.B. einen zirkulare Polarisation verwendet werden.
Das Sendearray kann einen Sendearraykörper umfassen, z.B. einen metallenen Körper wie eine Metallplatte. Im Sendearraykörper können die Strahlerelemente als Senken ausgebildet sein, insbesondere als Senken gegenüber der konvexen Hülle des Sendearraykörpers, speziell als Senken gegenüber der Aperturfläche. Das Empfangsarray kann einen Empfangsarraykörper umfassen, z.B. einen metallenen Körper wie eine Metallplatte. Im Empfangsarraykörper können die Strahlerelemente als Senken ausgebildet sein, insbesondere als Senken gegenüber der konvexen Hülle des Empfangsarraykörpers, speziell als Senken gegenüber der Aperturfläche. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung können die Sende- und Empfangsarraykörper einige oder alle der zuvor genannten Verschachtelungs-, Anordnungs- und Symmetrieeigenschaften können aufweisen. Insbesondere können sich die konvexen Hüllen von Sendearraykörper und Empfangsarraykörper überlappen, bzw. kann ein umgebendes Rechteck, bzw. umgebender Quader des einen Köpers den jeweils anderen überlappen.
Das Sende- und/oder Empfangsarray kann wie die Ausführungsformen von Antennengruppen, d.h. Antennenarrays, gemäß der Patentanmeldung DE 10 2011 055 457.2 derselben Anmelderin ausgestaltet sein. Die Patentanmeldung DE 10 2011 055 457.2 wird hierin in Gänze durch Verweis eingebunden.
Insbesondere kann die Scheidelinie zwischen einem ersten Strahlerelement und einem zweiten Strahlerelement des Sendearrays oder des Empfangsarrays gegenüber der konvexen Hülle oder gegenüber der Einhüllenden des Strahlerkörpers tiefer im Strahlerkörper gelegen sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Scheidelinie eine erste Stelle aufweisen, die gegenüber einer zweiten Stelle der Scheidelinie tiefer im Strahlerkörper gelegen ist. Die Aperturen der Strahlerelemente solcher Arrays können virtuell sein und sich durchdringen. Das erste und zweite Strahlerelement, oder auch mehrere oder alle Strahlerelemente eines Arrays können gleichartig sein, d.h. von gleicher Form. Die Strahlerelemente des Sendearrays können den Strahlerelementen des Empfangsarrays geometrisch ähnlich sein, insbesondere skalierte Versionen letzterer sein.
Beispielsweise kann das Sendearray erste Strahlerelemente umfassen und das Empfangsarray zweite Strahlerelemente umfassen, wobei der Öffnungswinkel von in die Strahlerelemente einbeschreibbaren Kegeln so groß ist, dass sich Kegel, die benachbarten ersten oder benachbarten zweiten Strahlerelementen einbeschrieben sind, unterhalb der Aperturebene schneiden. Grating Lobes, die durch den Abstand der Strahlerelemente induziert sein können, können durch Anpassen des Öffnungswinkels der Strahlerelemente minimiert werden. Dazu kann ein Grating Lobe im Arrayfaktor mit einer Null im Strahlerelementfaktor superponiert werden. Dies ist insbesondere in der diagonalen Aufstellung möglich und vorteilhaft. Der Öffnungswinkel der Strahlerelemente kann z.B. zwischen 20° und 80° liegen, typischerweise z.B. ungefähr 39°. Der Elementenabstand der Strahlerelemente kann dabei zwischen 0,5 λ und 1,5 λ liegen, wobei l die jeweilige Empfangs-, bzw. Sendewellenlänge ist, typischerweise z.B. 1 λ.
5 zeigt in der Aufsicht eine Planarantenne dieser Art mit sich durchdringenden, virtuellen Aperturen, die durch gestrichelte Kreise in der Aperturebene dargestellt sind. Die den Strahlerelementen 512, bzw. 522 in die Zeichenebene hinein einbeschreibbaren Kegel, deren Basiskreis die gezeichneten virtuellen Aperturen sind, schneiden sich unterhalb der Aperturebene.
6 zeigt eine perspektivische Darstellung der Planarantenne 500. Dort, wo sich die einbeschreibbaren Kegel schneiden ist das Material des Strahlerkörpers des Sendearrays 520, bzw. das Material des Strahlerkörpers des Empfangsarrays 510 entfernt. Es ergeben sich Scheidelinien zwischen den Strahlerelementen 522 des Sendearrays, bzw. es ergeben sich Scheidelinien zwischen den Strahlerelementen 512 des Empfangsarrays, die die oben genannten Eigenschaften aufweisen.
Aus 6 ist auch ersichtlich, dass sich die dreidimensionale konvexe Hülle des Empfangsarrays 510 und die dreidimensionale konvexe Hülle des Sendearrays 520 überlappen. Ebenso überlappen sich die zweidimensionalen konvexen Hüllen von Empfangs- und Sendearray in der Aperturebene. Die Aperturebene ist die Ebene durch die Spitzen der eierkartonartigen Arrays. Die konvexe Hülle des Sendearrays 520 ist in diesem Fall identisch mit dem umgebenden Rechteck, d.h. in 3D mit dem umgebenden Quader. Das umgebende Rechteck des Empfangsarrays 510 in der Aperturebene, bzw. der umgebende Quader des Empfangsarrays überlappt das Sendearray 520. Die Überlappung besteht bezüglich des dreidimensionalen Kriteriums auch dann weiter, wenn das Sendearray 520 nach oben, d.h. in Sende-/Empfangsrichtung, oder unten, d.h. entgegengesetzt in Richtung der Speisenetzwerke verschoben wird, was ebenfalls Ausführungsformen der Erfindung darstellt. Erst wenn das Sendearray 520 vollständig über der Aperturebene des Empfangsarrays liegt, bzw. vollständig unter der Ebene liegt, die den Strahlerkörper des Empfangsarrays nach unten begrenzt, wären die genannten Kriterien nicht mehr erfüllt. In diesem Fall lägen das Sendearray und das Empfangsarray auch nicht mehr nebeneinander, weil sie durch eine Ebene parallel zu beiden Aperturflächen getrennt wären.
7 zeigt eine Explosionsdarstellung des Sendearrays 520 mit Hohlleiterspeisenetzwerk 700 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. Die Ebenen 703 bis 705 stellen ein erstes Speisenetzwerk dar, z.B. für vertikale Polarisation. Die Ebenen 706 bis 707 stellen ein zweites Speisenetzwerk dar, z.B. für horizontale Polarisation. Durch die beiden Speisenetzwerke lässt sich jede gewünschte Polarisation einstellen, z.B. zirkulare Polarisation. Das Empfangsarray 510, bzw. Unterarrays davon können ein ähnliches Hohlleiterspeisenetzwerk aufweisen.
Die Arrays, ihre Strahlerkörper und/oder ihre Strahlerelemente können weitere in der Patentanmeldung DE 10 2011 055 457.2 beschriebene Eigenschaften aufweisen, insbesondere Eigenschaften die bezüglich der 3 bis 8 der Patentanmeldung DE 10 2011 055 457.2 auf S. 4 bis 13 offenbart sind. Diese Offenbarungsstellen werden hier durch Verweis in eingebunden.
Die Planarantenne kann eine Positioniereinheit aufweisen. Die Positioniereinheit kann mechanisch oder elektro-mechanisch sein. Sie kann eine Mehrachsenvorrichtung sein. Sie kann eingerichtet sein, um die Planarantenne im Elevationswinkel und/oder im Azimutwinkel einzustellen. Sie kann eingerichtet sein, um die Planarantenne grob auf einen Zielsatelliten auszurichten. Dabei bedeutet Grobausrichtung eine Ausrichtung mit einer maximalen Abweichung von höchstens 10°, oder höchstens 5° oder gar höchstens 1°, und zwar in Elevation und Azimut. Die Aperturebene(n) des Sendearrays und des Empfangsarrays kann durch die Positioniereinheit grob orthogonal zu einer Satellitenrichtung ausgerichtet werden, d.h. mit höchstens besagten Abweichungen. Die Grobausrichtung kann z.B. durch integriertes GPS, einen Kompass, einen Neigungssensor und/oder bekannte Satellitenpositionen erfolgen.
Die Planarantenne kann einen Controller aufweisen. Der Controller kann eingerichtet sein, um die Bewegung der Positioniereinheit zu steuern oder zu regeln.
8 zeigt eine Ausführungsform einer Planarantenne 800. Diese umfasst eine Positioniereinheit 810. Die Positioniereinheit kann eine Dreheinheit sein, die nur die azimutale Ausrichtung der Planarantenne 800 verändert, oder kann die Planarantenne zusätzlich auch in der Elevation ausrichten. Die Planarantenne 800 umfasst vier BUCs 825, die getrennte Sendeeinheiten für vier Unterarrays des Sendearrays der Planarantenne 800 darstellen. Die vier BUCs 825 sind mit einer externen Referenzquelle und Stromversorgung 820 verbunden. Die Planarantenne 800 umfasst drei LNBs 835, die getrennte Empfangseinheiten für drei Unterarrays des Empfangsarrays der Planarantenne 800 darstellen. Die drei LNBs 835 sind mit einer externen Referenzquelle und Stromversorgung 830 verbunden.
Die vier BUCs erhalten Eingabesignale von einer Strahlformereinheit, die einen 1:4-Band-Splitter 844 und vier Phasenanpasser und/oder Verzögerungsglieder 842 umfassen. Durch eine Phasenanpassung vermittels der Phasenanpasser und/oder durch eine Zeitverzögerung vermittels der Verzögerungsglieder kann die Hauptabstrahlrichtung elektronisch geschwenkt werden. Die drei LNBs senden empfangene Ausgabesignale an eine Strahlformereinheit, die drei Phasenanpasser 846 und einen 1:3-Band-Splitter 848 umfasst. Durch eine Phasenanpassung vermittels der Phasenanpasser kann die Hauptempfangsrichtung elektronisch geschwenkt werden.
Die Planarantenne 800 umfasst weiter ein Modem 850, z.B. ein Paradise Modem oder Idirect oder ND Satcom Modem, das Signale zur Übertragung durch das Sendearray an den 1:4-Band-Splitter 844 ausgibt und das Signale, die vom Empfangsarray empfangen wurden, vom 1:3-Band-Splitter 848 erhält. Die Planarantenne 800 umfasst eine Antennenkontrolleinheit 860, die die Positioniereinheit 810, die Strahlformeinheiten und das Modem 850 steuert oder regelt. Die Planarantenne 800 kann eine nomadische oder mobile Satellitenkommunikationsantenne sein.
Die Verwendung einer Planarantenne gemäß hierein beschriebenen Ausführungsformen stellt weitere Ausführungsformen der Erfindung dar. Die Planarantenne kann zur Datenübertragung verwendet werden, typischerweise zur Satellitenkommunikation. Die Planarantenne kann zur Datenübertragung im Ka-Band verwendet werden. Die Planarantenne kann mechanisch oder elektromechanisch auf einen Zielsatelliten grob ausgerichtet werden. Sie kann elektronisch auf den Zielsatelliten fein ausgerichtet werden. Die Planarantenne kann dazu die Hauptrichtung der Abstrahlung und/oder des Empfangs elektronisch verschwenken.
Während sich obige Erläuterungen auf einzelne Ausführungsformen der Erfindung beziehen, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung gebildet werden, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, welcher durch die nachfolgenden Patentansprüche festgelegt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011055457 [0060, 0060, 0067, 0067]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ETSI EN 301 459 V1.4.1 (2007-06) [0003]

Claims

Planarantenne, umfassend: ein Sendearray zum Senden in einem ersten Frequenzbereich; und ein vom Sendearray unabhängiges Empfangsarray zum Empfangen in einem zweiten, vom ersten verschiedenen Frequenzbereich, wobei die konvexen Hüllen von Sendearray und Empfangsarray sich überlappen.
Planarantenne, umfassend: ein Sendearray zum Senden in einem ersten Frequenzbereich; und ein vom Sendearray unabhängiges Empfangsarray zum Empfangen in einem zweiten, vom ersten verschiedenen Frequenzbereich, wobei das Empfangsarray zwei orthogonal aufeinanderstehende Außenkanten aufweist und im Wesentlichen innerhalb des durch diese zwei Außenkanten aufgespannten Rechtecks liegt und wobei das Rechteck und das Sendearray sich überlappen.
Planarantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sendearray und das Empfangsarray sich nicht überlappen.
Planarantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sendearray und das Empfangsarray aneinander angrenzen, wobei typischerweise eine Grenzlinie zwischen dem Sendearray und dem Empfangsarray eine offene Kurve ist.
Planarantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Empfangsarray eine erste Empfangsarray-Symmetrieachse aufweist und das Sendearray eine erste Sendearray-Symmetrieachse aufweist, die zusammenfallen.
Planarantenne nach Anspruch 5, wobei das Sendearray eine zweite Sendearray-Symmetrieachse aufweist, die orthogonal zur ersten Sendearray-Symmetrieachse steht und horizontal ausgerichtet ist.
Planarantenne nach Anspruch 5, wobei das Sendearray quadratisch ist und die zweite Sendearray-Symmetrieachse eine horizontal ausgerichtete Diagonale des Quadrats ist.
Planarantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Empfangsarray Empfangs-Unterarrays aufweist und das Sendearray Sende-Unterarrays aufweist, wobei die Empfangs-Unterarrays untereinander kongruent sind, die Sende-Unterarrays untereinander kongruent sind und wobei die Empfangs-Unterarrays und die Sende-Unterarrays zueinander geometrisch ähnlich sind.
Planarantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sendearray aus N Sende-Unterarrays besteht, die mit jeweils eigenen Sendeeinheiten verbunden sind, und das Empfangsarray aus N – 1 Empfangs-Unterarrays besteht, die mit jeweils eigenen Empfangseinheiten verbunden sind, wobei N typischerweise gleich 4 ist.
Planarantenne nach Anspruch 9, wobei die Sende-Unterarrays jeweils eine quadratische, matrixhafte Anordnung von n mal n Strahlerelementen aufweisen und wobei die Empfangs-Unterarrays eine quadratische, matrixhafte Anordnung von m mal m Strahlerelementen aufweisen, wobei typischerweise m gleich n ist.
Planarantenne nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Empfangs-Unterarrays zwei Empfangs-Unterarrays umfassen, die jeweils eine erste Empfangs-Unterarray-Symmetrieachse und eine zweite Empfangs-Unterarray-Symmetrieachse aufweisen, wobei die zweiten Empfangs-Unterarray-Symmetrieachsen zusammenfallen und horizontal ausgerichtet sind.
Planarantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sendearray erste Strahlerelemente umfasst und das Empfangsarray zweite Strahlerelemente umfasst und wobei sich mindestens eine der Verbindungslinien zwischen Paaren von Zentren der ersten Strahlerelement mit mindestens einer der Verbindungslinien zwischen Paaren von Zentren der zweiten Strahlerelemente schneidet.
Planarantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sendearray erste Strahlerelemente umfasst und das Empfangsarray zweite Strahlerelemente umfasst und wobei der Öffnungswinkel von in die Strahlerelemente einbeschreibbaren Kegeln so groß ist, dass sich Kegel, die benachbarten ersten oder benachbarten zweiten Strahlerelementen einbeschrieben sind, unterhalb der Aperturebene schneiden.
Verwendung einer Planarantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Datenübertragung, typischerweise zu Satellitenkommunikation, noch typischerweise zur Datenübertragung im Ka-Band.
Verwendung nach Anspruch 14, wobei die Planarantenne mechanisch grob auf einen Satelliten ausgerichtet wird und elektronisch auf den Satelliten feinausgerichtet wird.