DE102014112467A1 - Speisenetzwerk für antennensysteme - Google Patents

Speisenetzwerk für antennensysteme Download PDF

Info

Publication number
DE102014112467A1
DE102014112467A1 DE102014112467.7A DE102014112467A DE102014112467A1 DE 102014112467 A1 DE102014112467 A1 DE 102014112467A1 DE 102014112467 A DE102014112467 A DE 102014112467A DE 102014112467 A1 DE102014112467 A1 DE 102014112467A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
waveguide
network according
microstrip
feed network
narrow sides
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102014112467.7A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102014112467B4 (de
Inventor
Thomas Merk
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lisa Draexlmaier GmbH
Original Assignee
Lisa Draexlmaier GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lisa Draexlmaier GmbH filed Critical Lisa Draexlmaier GmbH
Priority to DE102014112467.7A priority Critical patent/DE102014112467B4/de
Priority to EP15169109.4A priority patent/EP2991159B1/de
Priority to CN201510536060.XA priority patent/CN105390820B/zh
Priority to US14/838,555 priority patent/US9761955B2/en
Publication of DE102014112467A1 publication Critical patent/DE102014112467A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102014112467B4 publication Critical patent/DE102014112467B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006Particular feeding systems
    • H01Q21/0037Particular feeding systems linear waveguide fed arrays
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/08Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
    • H01P5/10Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices for coupling balanced lines or devices with unbalanced lines or devices
    • H01P5/107Hollow-waveguide/strip-line transitions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/02Waveguides; Transmission lines of the waveguide type with two longitudinal conductors
    • H01P3/08Microstrips; Strip lines
    • H01P3/081Microstriplines
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/12Hollow waveguides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/02Coupling devices of the waveguide type with invariable factor of coupling
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/08Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
    • H01P5/085Coaxial-line/strip-line transitions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12Coupling devices having more than two ports
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/19Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port of the junction type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006Particular feeding systems
    • H01Q21/0075Stripline fed arrays
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/065Patch antenna array
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/02Waveguide horns

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

Das erfindungsgemäße Speisenetzwerk enthält einen Hohlleiter mit Breitseiten und Schmalseiten, sowie zwei Mikrostreifenleiter, die je eine Leiterschleife enthalten. Die Leiterschleifen ragen jeweils aus einer der Schmalseiten in den Hohlleiter hinein und sind mit einer Breitseite des Hohlleiters elektrisch verbunden. An den Schmalseiten weist der Hohlleiter kleine Öffnungen auf, durch die die Mikrostreifenleiter geführt werden ohne selbst elektrisch mit dem Hohlleiter in Kontakt zu stehen. Damit ergibt sich die Möglichkeit einer induktiven H-Feld Einkopplung, die eine geringe Empfindlichkeit gegenüber toleranzbedingten mechanischen Verschiebungen von Mikrostreifenleiter gegenüber dem Hohlleiter hat. Durch die Benutzung von zwei Leiterschleifen kann man bei identischen elektrischen Verlusten gleichzeitig für zwei Signalpfade auskoppeln und damit die Anzahl von Leistungsteilern im Hohlleiter bis auf die Hälfte verringern.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft Speisenetzwerk mit Hohlleiter und zwei Mikrostreifenleitern für Antennensysteme, insbesondere für die bidirektionale, im Ka-, Ku- oder X-Band betriebene Satellitenkommunikation für mobile und aeronautische Anwendungen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Um Flugzeuge zur Übertragung von Multimediadaten an ein Satellitennetz anzuschließen, bedarf es drahtloser Breitbandkanäle zur Datenübertragung mit sehr hohen Datenraten. Dazu müssen auf den Flugzeugen Antennen installiert sein, die geringe Abmessungen haben, um unter einem Radom installiert zu werden und trotzdem für eine gerichtete drahtlose Datenkommunikation mit dem Satelliten (z.B. im Ku-, Ka- oder X-Band) extreme Anforderungen an die Sendecharakteristik zu erfüllen, da eine Störungen benachbarter Satelliten zuverlässig ausgeschlossen werden muss.
  • Die Antenne ist unterhalb des Radoms weiterhin beweglich, um die Ausrichtung auf den Satelliten bei Bewegung des Flugzeugs nachzuführen. Dazu muss die Antenne kompakt gebaut sein, um unter dem Radom beweglich zu bleiben.
  • Die regulatorischen Anforderungen an den Sendebetrieb ergeben sich aus internationalen Normen. Alle diese regulatorischen Vorschriften sollen sicherstellen, dass im gerichteten Sendebetrieb einer mobilen Satellitenantenne keine Störung benachbarter Satelliten auftreten kann.
  • Lösungen für kompakte Antennen für die Anwendungen zeigen beispielsweise die WO2014005693 und WO2014005699. Diese Antennen bestehen aus Antennenfeldern, welche aus Einzelstrahlern aufgebaut sind und über geeignete Speisenetzwerke verfügen. Sie können in beliebigen Geometrien und beliebigem Längen zu Seitenverhältnis ausgeführt werden, ohne dass die Antenneneffizienz darunter leidet. Insbesondere können Antennenfelder mit geringer Bauhöhe realisiert werden.
  • Sind die Hornstrahler in den Antennenfeldern dicht gepackt, dann besteht ein weiteres Problem darin, dass im zur Verfügung stehenden Bauraum hinter dem Hornstahlerfeld effiziente Speisenetzwerke untergebracht werden müssen. Bei der WO2014005699 wird gezeigt, dass Speisenetzwerke durch eine Kombination aus Hohlleitern und Mikrostreifenleitungen dargestellt werden können, wobei jedoch die Anzahl der benötigten Leistungsteiler hoch ist. Leistungsteiler im Hohlleiterbereich des Speisenetzwerkes benötigen Bauraum, der nur begrenzt zur Verfügung steht.
  • Die in WO2014005699 gezeigten Speisenetzwerke ermöglichen, im Sendefall ein Summensignal amplituden- und phasenrichtig auf die einzelnen Strahler zu verteilen bzw. umgekehrt im Empfangsfall die Signale der Einzelstrahler korrekt zu einem Summensignal zu addieren. Das Speisenetzwerk besteht aus Mikrostreifenleiter, welche die ersten Einzelstrahlergruppen (z.B. N × N oder N × M Elemente) zusammenfassen, sowie einem Hohlleiternetzwerk, um wiederum mehrere N × N- oder N × M-Gruppen zusammenzufassen.
  • Mikrostreifenleiter haben den Vorteil eines geringen Platzbedarfs und ermöglichen somit eine hohe Integrationsdichte. Der Nachteil besteht in höheren elektrischen Verlusten gegenüber Hohlleitern, welche jedoch ein deutlich größeres Volumen gegenüber Mikrostreifenleitern benötigen.
  • Um Gewicht und Rotationsvolumen einer Antenne bei gegebener Aperturfläche möglichst gering zu halten, wird nach Wegen gesucht, die Anzahl der Hohlleiterstrecken bzw. das Gesamtvolumen der Hohlleiter zu minimieren ohne Abstriche bei der elektrische Leistungsfähigkeit hinnehmen zu müssen.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Speisenetzwerk mit einer Kopplung zwischen Hohlleiter und Mikrostreifenleitung anzugeben, das eine hohe Flexibilität der Leistungskopplung und geringe Bauhöhe ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird durch ein Speisenetzwerk mit den Merkmalen von Anspruch 1 und einer Antenne mit den Merkmalen von Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen aufgeführt.
  • Dazu enthält das Speisenetzwerk einen Hohlleiter mit Breitseiten und Schmalseiten, sowie zwei Mikrostreifenleiter, die je eine Leiterschleife enthalten. Die Leiterschleifen ragen jeweils aus einer der Schmalseiten in den Hohlleiter hinein und sind mit einer Breitseite des Hohlleiters elektrisch verbunden, d.h. sind mit dem Hohlleiter an der Breitseite kurzgeschlossen. An der Schmalseite weist der Hohlleiter eine kleine Öffnung auf, durch die der Mikrostreifenleiter geführt wird ohne selbst elektrisch mit dem Hohlleiter in Kontakt zu stehen.
  • Damit ergibt sich die Möglichkeit einer induktiven H-Feld Einkopplung, die eine geringe Empfindlichkeit gegenüber toleranzbedingten mechanischen Verschiebungen von Mikrostreifenleiter gegenüber dem Hohlleiter hat, die sich von den sonst üblichen kapazitiven E-Feld Einkopplungen unterscheidet. Durch die Benutzung von zwei Leiterschleifen kann man bei identischen elektrischen Verlusten gleichzeitig für zwei Signalpfade auskoppeln und damit die Anzahl von Leistungsteilern im Hohlleiter bis zur Hälfte verringern. Die Anzahl von Einkoppelstellen von Streifenleitung auf Hohlleiter kann mit der Erfindung minimiert werden. Somit verringert sich wiederum die Baugröße des Speisenetzwerkes. Diese Vereinfachung eines durch die Hohlleiter gebildeten Hohlleiter-Speisenetzwerk trägt somit stark zur Reduzierung von Gewicht und Volumen einer Antenne bei, in der das erfindungsgemäße Speisenetzwerk eingesetzt wird.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ragen die Leiterschleifen aus sich gegenüberliegenden Schmalseiten in den Hohlleiter hinein. Damit können die Mikrostreifenleiter im Sinne eigener Speisenetzwerke und mit verlustarmen kurzen Wegen eine große Zahl von Antennenelemente ggf. über weitere Mikrostreifenleistungsteiler verbinden.
  • Durch die H-Feld Kopplung von Hohlleiter und zwei Mikrostreifenleitern entsteht vorteilhafterweise ein Leistungsteiler, der über den Hohlleiter einlaufenden Signale. So erhält man eine Art "hybriden" Leistungsteiler, welcher das Signal aus einem Hohlleiter-Tor auf 2 Mikrostreifenleiter-Tore verteilt.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausprägung der Erfindung weisen die Leiterschleifen eine gleiche Länge innerhalb des Hohlleiters auf. Damit haben die Signale auf beiden Mikrostreifenleitungen die gleiche Phasenlage und bei der Ansteuerung folgender Antennenelemente ist kein weiterer Phasenausgleich erforderlich.
  • Es ist weiterhin vorteilhaft die Leiterschleifen so anzuordnen, dass sie mittig aus den Schmalseiten in den Hohlleiter hineinragen. Damit kann ein Maximum an Leistung in die Mikrostreifenleiter eingekoppelt und die Anpassung am Übergang optimiert werden. Die Anordnung der Mikrostreifenleiter im Hohlleiter erfolgt vorteilhaferweise etwa λ/4 von einem Ende des kurzgeschlossenen Hohlleiters entfernt.
  • Zur Ausprägung asymmetrischer Leistungsteiler ist es vorteilhaft, dass die elektrischen Verbindungen der beiden Leiterschleifen mit der Breitseite des Hohlleiters von einem Mittelpunkt der Breitseite unterschiedlich beabstandet sind. Damit entstehen für beide Leiterschleifen unterschiedlich große durchflutete Schleifenflächen. Das Verhältnis der dadurch eingestellten durch das Magnetfeld durchfluteten Flächen beider Leiterschleifen bestimmt dabei das Teilerverhältnis der Leistung. Breitbandig sind damit Teilerverhältnisse von 50:50 bis 80:20 einstellbar, wodurch gewünschte Aperturbelegungen der Antenne einfach umsetzbar sind.
  • Weiterhin kann einer der Mikrostreifenleiter des Speisenetzwerks einen Phasenausgleichsbogen aufweisen, der die Länge dieses Mikrostreifenleiters an die Länge des anderen Mikrostreifenleiters anpasst und damit trotz Asymmetrie in der Leiterschleifenform eine gleiche Mikrostreifenleiterlänge und damit gleich Phasenlage der Signale beider Mikrostreifenleiter herbeiführt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Phasenausgleichsbogen dem Mikrostreifenleiter zugeordnet wird, der in einem größeren Abstand zum Mittelpunkt der Breitseite mit dem Hohlleiter elektrisch verbunden ist als der andere Mikrostreifenleiter.
  • Erfolgt die elektrische Verbindung der Mikrostreifenleitungen an unterschiedlichen Breitseiten des Hohleiters, dann wird ohne weitere Aufwendungen eine 180° Phasenverschiebung zwischen den Signalen beider Leiterschleifen eingestellt. Dies kann benutzt werden zur Kompensation von geometrisch gespiegelten Antennenelementen oder zum Ausgleich möglicher Phasenverschiebungen von nachfolgenden Hohlleiternetzwerken.
  • Zur Impedanzanpassung der Mikrostreifenleiter zum Hohlleiter sind die Leiterschleifen vorteilhafterweise nicht gerade geformt, sondern enthalten Breitensprünge und Versatzstücke. Durch Festlegen der Position und Größe von Breitensprüngen und Versatzstücken werden für den gewünschten Frequenzbereich die Reflexionen verringert.
  • Vorteilhafterweise werden im Speisenetzwerk für die Mikrostreifenleiter Suspended Strip Line (SSL) verwendet, um die Verluste gering zu halten. Die Mikrostreifenleiter bestehen aus einer Platine mit einem Dielektrikum, die eine Dicke aufweist von 0,1 bis 1 mm, bevorzugt 0,127 mm, und einem auf der Platine angeordneten Kupferband mit einer Dicke von 15 bis 50 µm, bevorzugt 17,5 µm. Die Breite des Kupferbandes ist dabei 0,2 bis 3 mm, bevorzugt 0,5 mm.
  • Der Hohlleiter bzw. das Hohlleiter-Netzwerk wird nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zumindest abschnittsweise als Steghohlleiter ausgeführt. Der Steghohlleiter ermöglicht einen breitbandigeren Frequenzbereich als ein "normaler" Rechteckhohlleiter, besonders interessant für das Ka-Band. Weiterhin ermöglicht ein Steghohlleiter kompaktere Bauformen (Reduzierung der Breitseite) gegenüber einem "normalen" Rechteckhohlleiter bei gleicher Cutoff-Frequenz (interessant auch bei niedrigeren Frequenzen (X-Band und Ku-Band), bei denen die Hohlleiterdimensionen ansonsten größer wären.
  • Erfindungsgemäß ergibt sich die Möglichkeit, das Speisenetzwerk im Rahmen einer Antenne umzusetzen, wobei die Antenne mehrere Hornstrahlern als Antennenelementen umfasst, die über Mikrostreifenleiter mit einem Hohlleiter, der Breitseiten und Schmalseiten aufweist, verbunden sind. Die Mikrostreifenleiter bestehen aus je einer Leiterschleife, die aus einer der Schmalseiten in den Hohlleiter hineinragt und mit einer Breitseite des Hohlleiters elektrisch verbunden ist. Hornstrahler sind sehr effiziente Einzelstrahler, die in Antennenfelder angeordnet werden. Zudem können Hornstrahler breitbandig ausgelegt werden.
  • Damit eignet sich die Antenne für einen bidirektionalen Betrieb in der fahrzeugbasierte Satellitenkommunikation in einem Frequenzband von 7,25–8,4 GHz (X-Band), 12–18 GHz (Ku-Band) und 27–40 GHz (Ka-Band).
  • Darüber hinaus sind weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben erwähnten Merkmale umgesetzt werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen erfolgt dabei unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 1 zeigt in 3D-Darstellung einen Hohlleiter mit zwei einkoppelnden Mikrostreifenleitern.
  • 2 zeigt den Hohlleiter aus 1 mit Feldlinien eines H-Feldes.
  • 3 zeigt den Querschnitt eines Hohlleiters mit zwei symmetrischen, gleichphasigen Mikrostreifenleitern.
  • 4 zeigt den Querschnitt eines Hohlleiters mit zwei symmetrischen, gegenphasigen Mikrostreifenleitern.
  • 5 zeigt den Querschnitt eines Hohlleiters mit zwei asymmetrischen, gleichphasigen Mikrostreifen leitern.
  • 6 zeigt einen Querschnitt eines Steghohlleiters.
  • 7 zeigt eine Antenne mit mehreren Hornstrahlern und einem Speisenetzwerk.
  • AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
  • 1 zeigt einen Hohlleiter HL, der luftgefüllt ist und die Maße 16 × 6 mm für das Ku-Band oder 7 × 2,5 mm für das Ka-Band aufweist. An der in 1 dargestellten oberen Seite des Hohlleiters HL ist dieser abgeschlossen. Der Abschluss am Ende AB des Hohlleiters HL ist dabei etwa λ/4 von einer Einkopplung zweier Mikrostreifenleiter MS1, MS2 entfernt. Die Mikrostreifenleiter MS1, MS2 ragen dabei von einer Schmalseite b1, b2 in den Hohlleiter HL hinein. Die Mikrostreifenleiter MS1, MS2 bestehen aus einer Suspended Strip Line (SSL), die aus einer Platine besteht, auf der ein Kupferband, eine Kupferschicht, aufgebracht ist. Die Platine selbst besteht aus einem Dielektrikum mit einer Dicke von 0,1 bis 1 mm, bevorzugt 0,127 mm. Das darauf befindliche Kupferband hat eine Breite von 0,2 bis 3 mm, bevorzugt 0,5 mm, und eine Dicke von 15 bis 50 µm, bevorzugt 17,5 µm. Damit die Mikrostreifenleiter MS1, MS2 in den Hohlleiter HL hineinragen können, weisen die Schmalseiten b1, b2 in Höhe der Einkopplung einen schmalen Schlitz auf, der an die Form des Mikrostreifenleiters MS1 und MS2 angepasst ist. Der SSL ist von Metall umgeben, somit gibt es keine Leistungsverluste durch Abstrahlung aus der Struktur heraus und durch die Durchführung an den Schlitzen. Durch entsprechende Dimensionierung des Schlitzes bleibt auch die Störwirkung auf das Feld des Hohlleiters HL vernachlässigbar.
  • Auf einer Breitseite a1 des Hohlleiters HL sind beide Mikrostreifenleiter MS1, MS2 elektrisch mit dem Hohlleiter HL verbunden. Diese Verbindung stellt jeweils einen Kurzschluss 1 des jeweiligen Mikrostreifenleiters MS1, MS2 mit dem Hohlleiter HL dar. Damit bildet sich auf beiden Seiten des Hohlleiters HL durch die jeweiligen Mikrostreifenleiter MS1, MS2 eine Leiterschleife l1, l2 heraus, um die sich ein H-Feld formt.
  • Die induktive H-Feld-Einkopplung ist in 2 noch einmal dargestellt. Auf einer Schnittebene durch die Einkopplung erkennt man an den Stellen nahe der Kurzschlüsse 1 wie sich das H-Feld als TE-Mode aus dem Hohlleiter HL in die beiden Mikrostreifenleitungen MS1, MS2 als TEM-Mode einkoppelt.
  • Dieses Prinzip der doppelten H-Feld-Einkopplung durch zwei Mikrostreifenleiter MS1, MS2 führt zur Leistungsteilung vom Hohlleiter HL zu den Mikrostreifenleitern MS1, MS2. Im Gegensatz zu bekannten Einkopplungen und Auskopplungen findet hier bereits im Übergang von Hohlleiter zu Mikrostreifenleiter eine Leistungsteilung statt. Dies verringert den Bedarf an weiteren Leistungsteilern, die typischerweise im Hohlleiter-Speisenetzwerk angeordnet wären.
  • Das erfindungsgemäße Speisenetzwerk, bestehend aus den zwei Mikrostreifenleitern MS1, MS2 und dem Hohlleiter HL, wird nun anhand der 3 bis 5 weiter erläutert.
  • In 3 ist gezeigt, dass die Leiterschleifen l1, l2 innerhalb des Hohlleiters HL zwei gleich große Schleifen bilden, die sich von den Schmalseiten b1 bzw. b2 zur Breitseite a1 erstrecken. Diese gleich großen Flächen der Leiterschleifen l1, l2 bedeuten eine symmetrische Leistungsteilung. Die Leiterschleifen l1, l2 beinhalten ferner Versatzstücke und Breitensprünge, die der Anpassung des Mikrostreifenleiters MS1 bzw. MS2 an die Bedingungen des Hohlleiters HL begünstigen. Dabei ist ein Leiterschleifenstück, das jeweils an die Breitseite a1 anschließt, am schmalsten und ein Leiterschleifenstück, das den Übergang zum Mikrostreifenleiter MS1 bzw. MS2 außerhalb des Hohlleiters HL darstellt, am breitesten. Größe und Position der Breitsprünge bzw. Versatzstücke werden entsprechend für das gewünschte Frequenzband optimiert.
  • Die Mikrostreifenleiter MS1, MS2 setzen sich nach dem Schlitz in der Schmalseite b1, b2 des Hohlleiters HL fort und bilden Mikrostreifenleiternetzwerke, mit denen, wie später gezeigt, Antennenelemente versorgt werden.
  • 4 zeigt im Vergleich zu 3 eine Variante, bei der eine Phasenverschiebung der Signale zwischen den Mikrostreifenleitern MS1, MS2 dadurch bewirkt wird, dass die elektrische Verbindung der Leiterschleifen l1, l2 auf sich gegenüberliegenden Breitseiten a1 bzw. a2 des Hohlleiters HL erfolgt. Die Positionierung der Leiterschleifen l1 und l2 ist hier wiederum symmetrisch, jedoch bezüglich Ober- und Unterseite des Hohlleiters HL spiegelbildlich. Dies bedeutet, dass wiederum eine symmetrische Leistungsleitung erreicht wird, jedoch die Signale auf dem einen Mikrostreifenleiter MS1 bezüglich des anderen Mikrostreifenleiters MS2 um 180° phasenverschoben sind.
  • Beim Speisenetzwerk nach 5 ist eine Mitte M der Breitseiten des Hohlleiters eingezeichnet. Somit ist leichter zu erkennen, dass in 5 ein asymmetrischer Leistungsteiler verwirklicht ist. Die Leiterschleife l1 auf der linken Seite des Hohlleiters hat dabei eine größere durchflutete Fläche als die Leiterschleife l2 auf der rechten Seite. Damit wird mehr Energie bei der einen Leiterschleife l1 ausgekoppelt als bei der anderen Leiterschleife l2. Die Längen der Leiterschleifen l1 und l2 innerhalb des Hohlleiters unterscheiden sich damit. Für einen Phasenausgleich enthält der Mikrostreifenleiter MS2 mit der geringeren Leistungsauskopplung einen zusätzlichen Phasenbogen P, der einen Längenausgleich des Mikrostreifenleiters MS2 und einen Angleich an die Länge des anderen Mikrostreifenleiters MS1 mit sich bringt.
  • Durch die Asymmetrien des Leistungsteilers, siehe 4, können Teilerverhältnisse von 50:50 bis zu 80:20 eingestellt werden. Dies erlaubt mannigfaltige Aperturbelegungen für die durch das Speisenetzwerk angesteuerte Antenne. Durch eine eingestellte Phasenverschiebung zwischen beiden Mikrostreifenleitern MS1, MS2, siehe 4, können geometrisch gespiegelte Antennenelemente oder mögliche Phasenverschiebungen von nachfolgenden Hohlleiternetzwerken kompensiert werden.
  • In 6 ist eine alternative Hohlleiterform, zum ansonsten rechteckigen Hohlleiter HL wie in 1, gezeigt. Der Hohlleiter HL ist als Steghohlleiter mit jeweils einer Restriktion RI mittig in den Breitseiten a1, a2 versehen. Dadurch wird der Hohlleiter HL breitbandiger.
  • Weiterhin weist der Steghohlleiter HL einen Breitenabsatz SP, in denen sich die Dimensionen der Schmalseiten b1, b2 und Breitseiten a1, a2 sprungartig ändern, sowie eine Länge der Restriktion RI verändert wird. Dies wird benutzt, um die Reflexionen zu minimieren.
  • Diese Modifikationen der Hohlleitergeometrie werden entsprechend 6 beim Übergang auf die Mikrostreifenleiter MS1, MS2 benutzt und wirken sich auf den Hohlleiterraum nahe der Kurzschlüsse 1 von Leiterschleifen l1, l2 der Mikrostreifenleiter MS1, MS2 mit dem Hohlleier HL aus. Es ist jedoch alternativ oder zusätzlich möglich, diese Hohlleitergeometrie auch in einem Hohlleiter-Netzwerk an anderen Abschnitten des Speisenetzwerkes zu verwenden.
  • Das erfindungsgemäße Speisenetzwerk wird insbesondere in Antennen mit mehreren Hornstrahlern als Antennenelemente eingesetzt. 7 zeigt dazu eine Antenne mit 16 Antennenelementen, wobei ein Speisenetzwerk allein 8 Antennenelemente A1 bis A8 zu speisen vermag. Ein Hohlleiter HL ist dazu zentral innerhalb von acht Antennenelementen A1 bis A8 angeordnet und an beiden Schmalseiten werden die Signale in zwei Mikrostreifenleiter MS1 bzw. MS2 ausgekoppelt. Diese Mikrostreifenleiter MS1, MS2 bilden wiederum Mikrostreifenleiternetzwerke, die jeweils 4 Antennenelemente A1 bis A4 bzw. A5 bis A8 mit dem Hohlleiter HL verbinden. Der Hohlleiter HL wiederum bildet den Abschluss eines Hohlleiternetzwerkes. Hierbei ist nur ein Hohlleiterleistungsteiler dargestellt. Das Hohlleiternetzwerk ist seinerseits mit einer Sende- und Empfangseinrichtung Tx/Rx verbunden, die entsprechende Signale von der Antenne empfängt bzw. an die Antenne sendet.
  • Das hier dargestellte Speisenetzwerk ermöglicht die Speisung einer großen Anzahl von Antennenelementen mit einem Minimum an Leistungsteilern im Hohlleiternetzwerk. Damit sind leichte kompakte Antennen darstellbar, wie sie in der flugzeugbasierten Satellitenkommunikation im X-, Ku- oder Ka-Band benötigt werden.
  • Bezugszeichenliste
  • HL
    Hohlleiter
    a1, a2
    Breitseite
    b1, b2
    Schmalseite
    MS1, MS2
    Mikrostreifenleiter
    l1, l2
    Leiterschleife
    M
    Mittelpunkt der Breitseite
    P
    Phasenausgleichsbogen
    A1..A8
    Antennenelemente
    AB
    Ende des Hohlleiters
    Tx/Rx
    Sende- und Empfangseinrichtungen
    1
    Kurzschluß
    RI
    Restriktion
    SP
    Breitenabsatz
  • 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
    • WO 2014005693 [0005]
    • WO 2014005699 [0005, 0006, 0007]

Claims (17)

  1. Speisenetzwerk für Antennensysteme mit einem Hohlleiter (HL), der Breitseiten (a1, a2) und Schmalseiten (b1, b2) aufweist, zwei Mikrostreifenleitern (MS1, MS2), bestehend aus je einer Leiterschleife (l1, l2), die aus einer der Schmalseiten (b1, b2) in den Hohlleiter (HL) hineinragt und mit einer Breitseite (a1, a2) des Hohlleiters (HL) elektrisch verbunden ist.
  2. Speisenetzwerk nach Anspruch 1, bei dem die Leiterschleifen (l1, l2) aus sich gegenüberliegenden Schmalseiten (b1, b2) in den Hohlleiter (HL) hineinragen.
  3. Speisenetzwerk nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem eine Kopplung von Hohlleiter (HL) und Mikrostreifenleitern (MS1, MS2) als Leistungsteiler der über den Hohlleiter (HL) einlaufenden Signale dient.
  4. Speisenetzwerk nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Leiterschleifen (l1, l2) eine gleiche Länge innerhalb des Hohlleiters (HL) aufweisen.
  5. Speisenetzwerk nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Leiterschleifen (l1, l2) mittig aus den Schmalseiten (b1, b2) in den Hohlleiter (HL) hineinragen.
  6. Speisenetzwerk nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die elektrischen Verbindungen der beiden Leiterschleifen (l1, l2) mit der Breitseite (a1, a2) des Hohlleiters (HL) von einem Mittelpunkt (M) der Breitseite (a1, a2) unterschiedlich beabstandet sind.
  7. Speisenetzwerk nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zumindest ein Mikrostreifenleiter (MS2) einen Phasenausgleichsbogen (P) aufweist, der die Länge dieses Mikrostreifenleiters (MS2) an die Länge des anderen Mikrostreifenleiters (MS1) anpasst.
  8. Speisenetzwerk nach dem vorherigen Anspruch, bei dem der Mikrostreifenleiter (MS2) mit Phasenausgleichsbogen (P) in einem größeren Abstand zum Mittelpunkt der Breitseite (a1, a2) mit dem Hohlleiter (HL) elektrisch verbunden ist als der andere Mikrostreifenleiter (MS1).
  9. Speisenetzwerk nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die elektrische Verbindung der Leiterschleifen (l1, l2) an unterschiedlichen Breitseiten (a1, a2) des Hohleiters (HL) erfolgt.
  10. Speisenetzwerk nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Leiterschleifen (l1, l2) nicht ausschließlich gerade geformt, sondern Breitensprünge und Versatzstücke enthalten.
  11. Speisenetzwerk nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Mikrostreifenleiter (MS1, MS2) als SSL (suspended strip line) ausgeprägt sind.
  12. Speisenetzwerk nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Mikrostreifenleiter (MS1, MS2) eine Platine aus einem Dielektrikum mit einer Dicke von 0,1 bis 1 mm, bevorzugt 0,127 mm, und einem auf der Platine angeordneten Kupferband mit einer Dicke von 15 bis 50 µm, bevorzugt 17,5 µm, und einer Breite von 0,2 bis 3 mm, bevorzugt 0,5 mm, umfasst.
  13. Speisenetzwerk nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Mikrostreifenleiter (MS1, MS2) den Hohlleiter (HL) mit mehreren Antennenelementen (A1..A8) verbinden, wobei die Antennenelemente A1..A8) Hornstrahler sind und die Mikrostreifenleiter (MS1, MS2) etwa λ/4 von einem Ende (AB) des Hohlleiters (HL) angeordnet sind.
  14. Speisenetzwerk nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Hohlleiter (HL) Teil eines Hohlleiterspeisenetzwerkes ist, das mit Sende- und Empfangseinrichtungen (Tx/Rx) verbunden ist.
  15. Speisenetzwerk nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Hohlleiter (HL) zumindest abschnittsweise als Steghohlleiter ausgeführt ist.
  16. Antenne mit mehreren Hornstrahlern als Antennenelementen (A1..A8), die über Mikrostreifenleiter (MS1, MS2) mit einem Hohlleiter (HL), der Breitseiten (a1, a2) und Schmalseiten (b1, b2) aufweist, verbunden sind, die Mikrostreifenleiter (MS1, MS2), bestehend aus je einer Leiterschleife (l1, l2), die aus einer der Schmalseiten (b1, b2) in den Hohlleiter (HL) hineinragt und mit einer Breitseite (a1, a2) des Hohlleiters (HL) elektrisch verbunden ist.
  17. Antenne nach dem vorherigen Anspruch, die bidirektional für fahrzeugbasierte Satellitenkommunikation in einem Frequenzband von 10,7–14,5 GHz betrieben wird.
DE102014112467.7A 2014-08-29 2014-08-29 Speisenetzwerk für antennensysteme Active DE102014112467B4 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014112467.7A DE102014112467B4 (de) 2014-08-29 2014-08-29 Speisenetzwerk für antennensysteme
EP15169109.4A EP2991159B1 (de) 2014-08-29 2015-05-26 Speisenetzwerk für antennensysteme
CN201510536060.XA CN105390820B (zh) 2014-08-29 2015-08-27 用于天线系统的馈送网络
US14/838,555 US9761955B2 (en) 2014-08-29 2015-08-28 Feed network for antenna systems having microstrip conductor loops

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014112467.7A DE102014112467B4 (de) 2014-08-29 2014-08-29 Speisenetzwerk für antennensysteme

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102014112467A1 true DE102014112467A1 (de) 2016-03-03
DE102014112467B4 DE102014112467B4 (de) 2017-03-30

Family

ID=53191596

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014112467.7A Active DE102014112467B4 (de) 2014-08-29 2014-08-29 Speisenetzwerk für antennensysteme

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9761955B2 (de)
EP (1) EP2991159B1 (de)
CN (1) CN105390820B (de)
DE (1) DE102014112467B4 (de)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107342459B (zh) * 2017-07-05 2020-07-28 电子科技大学 薄膜微带天线过渡探针结构
CN108400438A (zh) * 2018-03-19 2018-08-14 重庆大学 一种三阵元单极子均匀圆形天线阵列的微带去耦网络
FR3090219B1 (fr) * 2018-12-18 2022-12-30 Thales Sa Combineur hybride e/h ultracompact notamment pour antenne mfb monoreflecteur
CN110190371B (zh) * 2019-05-29 2024-03-12 中电国基南方集团有限公司 一种波导功分器
DE102020119495A1 (de) 2020-07-23 2022-01-27 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Hochfrequenz-Struktur mit substratintegriertem Wellenleiter und Rechteck-Hohlleiter
CN113612000B (zh) * 2021-07-31 2022-06-14 西南电子技术研究所(中国电子科技集团公司第十研究所) 矩形波导工字形隔离网络双微带转换器
CN114094299B (zh) * 2021-12-15 2022-10-04 成都华兴大地科技有限公司 一种基于波导-微带转换的功率分配合成网络设计方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6061026A (en) * 1997-02-10 2000-05-09 Kabushiki Kaisha Toshiba Monolithic antenna
DE10323431A1 (de) * 2002-05-23 2004-01-08 Kyocera Corporation Hochfrequenzzuleitungs-Wellenleiter-Umsetzer
WO2014005699A1 (de) 2012-07-03 2014-01-09 Qest Quantenelektronische Systeme Gmbh Antennensystem zur breitbandigen satellitenkommunikation im ghz frequenzbereich mit speisenetzwerk

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1380714A (fr) * 1963-10-24 1964-12-04 Thomson Houston Comp Francaise Perfectionnements au couplage entre un guide d'onde et des lignes de transmission
US3432716A (en) * 1964-02-13 1969-03-11 Hitachi Ltd Microwave transducer and electron device with microwave transducer
US3389350A (en) * 1966-02-24 1968-06-18 Westinghouse Electric Corp Microwave power divider
US6201453B1 (en) * 1998-11-19 2001-03-13 Trw Inc. H-plane hermetic sealed waveguide probe
GB0302584D0 (en) * 2003-02-05 2003-03-12 Smiths Group Plc Microwave transitions and antennas
US7170366B2 (en) * 2005-02-11 2007-01-30 Andrew Corporation Waveguide to microstrip transition with a 90° bend probe for use in a circularly polarized feed
US7436371B1 (en) * 2006-01-31 2008-10-14 Rockwell Collins, Inc. Waveguide crescent slot array for low-loss, low-profile dual-polarization antenna
CN101242020B (zh) * 2008-02-29 2011-09-14 电子科技大学 毫米波3dB功率分配/合成网络
JP4712841B2 (ja) * 2008-07-17 2011-06-29 日本ピラー工業株式会社 導波管・ストリップ線路変換器及び高周波回路
CN102916252B (zh) * 2012-10-15 2015-05-27 北京遥测技术研究所 任意功分比波导串馈网络

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6061026A (en) * 1997-02-10 2000-05-09 Kabushiki Kaisha Toshiba Monolithic antenna
DE10323431A1 (de) * 2002-05-23 2004-01-08 Kyocera Corporation Hochfrequenzzuleitungs-Wellenleiter-Umsetzer
WO2014005699A1 (de) 2012-07-03 2014-01-09 Qest Quantenelektronische Systeme Gmbh Antennensystem zur breitbandigen satellitenkommunikation im ghz frequenzbereich mit speisenetzwerk
WO2014005693A1 (de) 2012-07-03 2014-01-09 Qest Quantenelektronische Systeme Gmbh Antennensystem zur breitbandigen satellitenkommunikation im ghz frequenzbereich mit dielektrisch gefüllten hornstrahlern

Also Published As

Publication number Publication date
US9761955B2 (en) 2017-09-12
CN105390820A (zh) 2016-03-09
EP2991159B1 (de) 2018-08-08
US20160064796A1 (en) 2016-03-03
CN105390820B (zh) 2021-04-16
DE102014112467B4 (de) 2017-03-30
EP2991159A1 (de) 2016-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014112467B4 (de) Speisenetzwerk für antennensysteme
DE102017103161B4 (de) Antennenvorrichtung und Antennenarray
DE112009003563B4 (de) Hochfrequenzkoppler und kommunikationsvorrichtung
DE69531655T2 (de) Breitbandige Monopolantenne in uniplanarer gedruckter Schaltungstechnik und Sende- und/oder Empfangsgerät mit einer derartiger Antenne
DE69008116T2 (de) Ebene Antenne.
EP2830156B1 (de) Hohlleiter-Strahler, Gruppenantennen-Strahler und Synthetik-Apertur-Radar-Strahler
EP1759438B1 (de) Antenne
DE102014112825B4 (de) Steghornstrahler mit zusätzlicher Rille
DE3931752A1 (de) Koaxialschlitzantenne des wanderwellenleitungstyps
EP3411921A1 (de) Dual polarisierte antenne
DE102015114967A1 (de) Verteiler und Planarantenne
DE69013199T2 (de) Übergang von einem Hohlleiter mit reduzierter Höhe auf eine Mikrostreifenleitung.
DE112016006983T5 (de) Koaxialwellenleiter-Hohlwellenleiter-Übergangsschaltung
DE60035304T2 (de) Monopolantenne
EP2384523B1 (de) Dual-band-antenne für satellitennavigationsanwendungen
DE102010014916B4 (de) Phasengesteuerte Gruppenantenne
DE1292205B (de) Drahtloses Nachrichten-UEbermittlungssystem zur Nachrichtenuebertragung zwischen einem sich entlang einer Spur bewegenden Fahrzeug und einer feststehenden Station
EP4117108B1 (de) Hohlleiteranordnung mit einem steghohlleiter und einem hohlleiter und verbindungsschnittstelle
DE19929879A1 (de) Spiralantenne
WO2001097330A1 (de) Planarantenne mit hohlleiteranordnung
DE2719283A1 (de) Antennenspeisesystem fuer doppelpolarisation
DE112021005496T5 (de) Antennenvorrichtung und radarvorrichtung
DE102010014864B4 (de) Hohlleiterverbindung für ein Antennensystem und Antennensystem
DE102016007052A1 (de) Leiterplattenanordnung zur Signalversorgung eines Strahlers
EP4150708B1 (de) Antennenanordnung, transceiveranordnung, kommunikationssystem, aktuatoreinrichtung und verfahren zum betreiben einer antennenanordnung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final