DE102015226026A1

DE102015226026A1 - Antennenfeld

Info

Publication number: DE102015226026A1
Application number: DE102015226026.7A
Authority: DE
Inventors: Markus Petri
Original assignee: IHP GmbH
Current assignee: IHP GmbH
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2017-06-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antennenfeld zum Senden oder Empfangen von Millimeterwellensignalen, auf einem Trägersubstrat in Form einer strukturierten Metallebene mit einer Vielzahl Antennenzellen, die jeweils eine oder mehrere Einzelantennengruppen enthalten, welche wiederum jeweils von einer Vielzahl Einzelantennenelementen gebildet sind und jeweils mit einer gemeinsamen elektronischen Gruppensignalzuführung verbunden und dadurch gemeinsam ansteuerbar sind, wobei die Einzelantennenelemente einer gegebenen Einzelantennengruppe Metallflächen mit identischer Einzelantennenform sind, die gegebene Einzelantennengruppe eine zweidimensionale Gruppenform aufweist, sowie die eine oder mehrere Einzelantennengruppen der betreffenden Antennenzelle in ihrer Gesamtheit eine zweidimensionale Zellenform bilden, wobei die Antennenzellen und mit ihnen die Einzelantennengruppen gleicher Gruppenform auf der Leiterplatte regelmäßig wiederholt angeordnet sind, und wobei die Einzelantennengruppen der Antennenzellen verschiedene Gruppenformen aufweisen und/oder die Zellenform einer jeweiligen Antennenzelle einander überlappende Gruppenformen der Einzelantennengruppen aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antennenfeld zum Senden oder Empfangen von Millimeterwellensignalen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Antennenmodul zum Senden oder Empfangen von Millimeterwellensignalen.
Richtfunksysteme für Wellenlängen im Bereich von Millimeterwellen (60 GHz, 70–80 GHz, 90 GHz) verwenden, unter anderem aufgrund frequenzregulatorischer Vorschriften, Antennenmodule mit sehr starker Richtwirkung, d. h. einer sehr schmalen Abstrahlungscharakteristik. Die typischen Öffnungswinkel bei Systemen mit Frequenzen im Bereich von 60 GHz liegen zwischen 0,5° und 3°, wobei teilweise jedoch auch noch stärker bündelnde Antennenmodule im Einsatz sind.
Der sehr kleine Öffnungswinkel und der daraus folgende kleine Strahldurchmesser in Verbindung mit den Entfernungen zwischen zwei Richtfunkstationen erschweren eine wechselseitige Ausrichtung der Antennenmodule. Eine manuelle Ausrichtung der Antennenmodule ist sehr zeitaufwändig. Günstiger ist eine automatische Durchführung einer Antennenjustage, sei es durch motorgesteuerte mechanische Verstellung oder durch eine elektronische Beeinflussung der Abstrahlungsrichtung, dem sogenannten Beamsteering.
Eine große Richtwirkung bedingt eine große effektive Apertur der Antenne. Mit anderen Worten wird mit steigender Richtcharakteristik die Antennenfläche größer. Um kleine Modulbauformen und gleichzeitig eine elektronische Beeinflussung der Abstrahlungsrichtung, also des Abstrahlungswinkels zu ermöglichen, werden Antennenmodule aus Einzelantennengruppen von Einzelantennenelementen (Patches) in Form von Metall-Strukturen auf einem Trägersubstrat, insbesondere auf einer Leiterplatte, hergestellt. Bei einer bestimmten Anordnung der Einzelantennenelemente bezüglich des jeweiligen Abstandes in Relation zur Wellenlänge des Sendesignals ergibt sich durch die Überlagerung der Einzelantennensignale eine größere Richtwirkung durch Bündelung. Werden die Einzelantennenelemente mit einem amplituden- und phasensynchronen Signal angesteuert, erfolgt die Abstrahlung senkrecht zur Antennenfläche des Antennenfeldes. Durch eine zeitliche Verzögerung des Signals zwischen den Einzelantennenelementen ist es möglich, den Antennenstrahl aus der Senkrechten auszulenken und einen Abstrahlungswinkel ungleich 90° zu realisieren.
Da zeitverzögerte Signale im Millimeterwellenbereich schwierig zu realisieren sind, wird die Zeitverzögerung über eine Phasenänderung approximiert. Dazu werden im Allgemeinen sogenannte Phasenschieber-Baugruppen verwendet (Phased-Array-Antenne). Diese können die Phase des Signals im Bereich zwischen 0° und 360° ändern, und somit abhängig von der Wellenlänge eine Zeitverzögerung von im Bereich von 0 bis T (T=Periodendauer=1/f) erzeugen. Kann über die Steuerungsbaugruppe zusätzlich zur Phase die Amplitude des Signals beeinflusst werden, wird von einer Vektormodulation gesprochen. Die Beeinflussung der Amplitude bietet durch die Kompensation von Toleranzen und die Beeinflussung des Antennenabstrahlungsprofils durch eine unterschiedliche Amplitudenbelegung der Einzelstrahler zusätzliche Vorteile bei der praktischen Realisierung der Antenne.
US 4,045,800 beschreibt ein Antennenmodul mit Einzelantennenelementen, die in Gruppen aufgeteilt sind und in dem die Gruppen einzeln von einem Phasenschieber gesteuert werden. Dabei soll die resultierende Abstrahlung des Antennenmoduls in eine vorbestimmte Richtung erfolgen und nur einen kleinen Abstrahlungs-Winkelbereich aufweisen. Außerdem ist die Abstrahlung der Gruppen durch eine Verwendung von 1-Bit- und 2-Bit-Phasenschiebern stufenweise in eine gemeinsame Richtung gelenkt, wobei diese Phasenschieber eine durch die Gruppenbildung unweigerlich entstehende Nebenkeulenaussendung reduzieren.
EP 0 144 867 A2 beschreibt ein Antennendesign für ein phasengesteuertes Antennenmodul, welches durch eine pseudo-zufällige Anordnung von Einzelantennenelementen die Nebenkeulenaussendung reduziert.
Gemäß einem ersten Aspekt, betrifft die Erfindung ein Antennenfeld zum Senden oder Empfangen von Millimeterwellensignalen, auf einem Trägersubstrat in Form einer strukturierten Metallebene mit einer Vielzahl Antennenzellen, die jeweils mehrere Einzelantennengruppen enthalten, welche wiederum jeweils von einer Vielzahl Einzelantennenelementen gebildet sind und jeweils mit einer gemeinsamen elektronischen Gruppensignalzuführung verbunden und dadurch gemeinsam ansteuerbar sind, wobei

– die Einzelantennenelemente einer gegebenen Einzelantennengruppe Metallflächen mit identischer Einzelantennenform sind, die gegebene Einzelantennengruppe eine zweidimensionale Gruppenform aufweist, sowie die mehreren Einzelantennengruppen der betreffenden Antennenzelle in ihrer Gesamtheit eine zweidimensionale Zellenform bilden,
– die Antennenzellen und mit ihnen die Einzelantennengruppen gleicher Gruppenform auf dem Trägersubstrat regelmäßig wiederholt angeordnet sind, und wobei
– die Einzelantennengruppen der Antennenzellen verschiedene Gruppenformen aufweisen und/oder
– die Zellenform einer jeweiligen Antennenzelle einander überlappende Gruppenformen der Einzelantennengruppen aufweist.

Dem erfindungsgemäßen Antennenfeld liegen folgende Überlegungen zugrunde: Das Hauptproblem bei der Realisierung eines Phased-Arrays mit einer großen Richtwirkung und gleichzeitig eines weiten Schwenkbereichs des Antennenstrahls ist die Einhaltung einer spezifischen, auch durch frequenzregulatorische Vorschriften vorgegebenen Abstrahlungscharakteristik. Diese beschreibt ein im Verhältnis zur Hauptstrahlrichtung festgesetztes Limit für die unweigerlich entstehende Nebenkeulenaussendung. Folglich ist eine große Anzahl an Einzelelementen notwendig, um einen weiten Schwenkbereich zu ermöglichen. Idealerweise sollten die Einzelantennenelemente einer Einzelantennengruppe des Antennenfeldes keine Richtwirkung haben, also omnidirektional sein. Eine Einzelantennengruppe, die eine Gruppe von Einzelantennenelementen bildet, welche jeweils für sich genommen also eine geringe Richtwirkung haben, entspricht in ihrer Wirkung einem Einzelantennenelement mit größerer Richtwirkung.
Um mit einer vergleichsweise geringen Anzahl an Einzelantennenelementen eine große Richtwirkung zu erzielen und einen Einfluss der Nebenkeulen dennoch zu reduzieren, werden erfindungsgemäß Einzelantennengruppen mit unterschiedlichen, insbesondere verdrehten Gruppenformen und/oder einander überlappende Einzelantennengruppen in einer durch eine jeweilige Antennenzelle definierten Nachbarschaft genutzt. Beide Maßnahmen erlauben es, eine große Anzahl verschiedener Abstände zwischen Einzelantennenelementen zu realisieren, so dass bei der Überlagerung von gesendeten oder empfangenen Millimeterwellensignalen mehr verschiedene Phasenlagen existieren. Dies verringert eine konstruktive Interferenz, die zur Nebenkeulenaussendung führen kann. Beide Maßnahmen erzielen für sich genommen eine positive Wirkung. In ihrer Kombination ist die positive Wirkung im Hinblick auf Richtwirkung und reduzierte Nebenkeulen bei geringem Aufwand jedoch besonders ausgeprägt.
So kann ohne erheblich vergrößerten Produktionsaufwand ein großer Schwenkbereich des Antennenmoduls bei gleichzeitig hochdirektiver Abstrahlungs- oder Empfangscharakteristik durch das erfindungsgemäße Antennenfeld gewährleistet werden.
Das erfindungsgemäße Antennenfeld kann auch als Ersatz für bestehende Antenennfelder an Antennenmodulen verwendet werden, solange eine entsprechende Ansteuerung der Einzelantennengruppen über die elektronischen Gruppensignalzuführungen gewährleistet ist.
Unter Zellenform ist vorliegend eine zweidimensionale geometrische Form auf einer durch das Trägersubstrat vorgegebenen Trägerfläche zu verstehen, die die in der entsprechenden Antennenzelle angeordneten Einzelantennengruppen und somit die Gruppenformen der in der betreffenden Antennenzelle angeordneten Einzelantennengruppen umschließt, man könnte auch sagen: umschreibt. Die Gruppenform einer Einzelantennengruppe ist hier eine zweidimensionale geometrische Form auf der durch das Trägersubstrat vorgegebenen Trägerfläche, die die in der entsprechenden Einzelantennengruppe angeordneten Einzelantennenelemente umschreibt.
Durch eine Drehung einer Einzelantennengruppe um eine Drehachse senkrecht zum Antennenfeld wird dementsprechend ebenfalls die Gruppenform der Einzelantennengruppe gedreht, falls die Einzelantennengruppe nicht durch eine solche Drehung wegen einer entsprechenden Dreh-Symmetrie der Gruppenform in sich selbst überführt wurde. Die Ausrichtung der zweidimensionalen geometrischen Form auf dem Trägersubstrat ist daher auch eine Charakteristik der jeweils vorliegenden Gruppenform.
Dass eine jeweilige Antennenzelle mehrere Einzelantennengruppen enthält, bedeutet, dass die Antennenzelle mindestens zwei Einzelantennengruppen enthält. Eine Antennenzelle ist im Sinne der vorliegenden Beschreibung eine sich regelmäßig wiederholende Gruppe von Einzelantennengruppen, die durch Translation entlang der durch das Trägersubstrat gegebenen strukturierten Metallebene und/oder durch Drehung um eine Drehachse senkrecht zum Antennenfeld ineinander übergehen.
Das erfindungsgemäße Antennenfeld kann, insbesondere an einem äußeren Rand des Antennenfeldes, zusätzlich Einzelantennenelemente aufweisen, die nicht zu einer der regelmäßig wiederholt angeordneten Antennenzellen gehören.
Nachfolgend werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Antennenfeldes beschrieben.
Um Nebenkeulen im Sende- und Empfangsmuster zu vermeiden, sollte ein Abstand zwischen Einzelantennenelementen, insbesondere ein Abstand zwischen Mittelpunkten der Einzelantennenelemente, bei etwa einer halben Wellenlänge liegen. Als Mittelpunkt der Einzelelemente kann hierfür der geometrische Schwerpunkt der Einzelantennenelemente betrachtet werden. Dies erfordert eine geringe Größe der Einzelantennenelemente. Da weiterhin eine große Richtwirkung eine große Apertur des Antennenfeldes erfordert, führt solch ein geringer Abstand der Einzelantennenelemente auch bei einer üblichen gitterförmigen Anordnung der Einzelantennenelemente zu einer großen Anzahl an notwendigen Einzelantennenelementen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen alle Antennenzellen die gleiche Zellenform auf. Besonders bevorzugt ist hierbei eine Variante dieser Ausführungsform, in der Einzelantennengruppen gleicher Gruppenform jeweils in jeder jeweiligen Antennenzelle angeordnet sind. In dieser Variante beschreibt die regelmäßig wiederholte Anordnung der Antennenzellen somit auch die regelmäßig wiederholte Anordnung von Einzelantennengruppen gleicher Gruppenform. In einem Beispiel dieser Variante hat die Zellenform eine Rechteck-Form. Dass die Anordnung regelmäßig und wiederholt ist, kann beispielsweise auf eine äquidistante, schachbrettartige Anordnung der Antennenzellen bedeuten. Jedoch können die Antennenzellen auch entlang eines jeweiligen Umfangs einer Gruppe von konzentrischen Kreisen auf dem Trägersubstrat ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausführungsform überlappen die Antennenzellen, indem mindestens ein jeweiliges Einzelantennenelement der Antennenzellen innerhalb der durch eine jeweils benachbarte Antennenzelle gebildeten Zellenform angeordnet ist. Die derart überlappenden Antennenzellen führen folglich auch zu überlappenden Einzelantennengruppen. Dies ist vorteilhaft, um durch unterschiedliche und bevorzugt geringe Abstände zwischen Einzelantennenelementen unterschiedlicher Einzelantennengruppen die Nebenkeulenreduzierung zu verbessern.
In einer Ausführungsform des Antennenfeldes weisen die Antennenzellen jeweils eine erste Einzelantennengruppe mit einer ersten Gruppenform und eine zweite Einzelantennengruppe mit einer zweiten Gruppenform auf, wobei sich die erste und zweite Gruppenform durch eine Drehung um eine senkrecht zum Antennenfeld stehende Antennenachse um einen Drehwinkel von 45° in einander überführen lassen. In einer bevorzugten Variante dieser Weiterbildung sind die Einzelantennengruppen mit der ersten Gruppenform regelmäßig wiederholt und schachbrettartig auf dem Trägersubstrat angeordnet, wobei die Einzelantennengruppen der zweiten Gruppenform durch ihre jeweilige Drehung in Bezug auf die ersten Einzelantennengruppen in Freiräumen zwischen den ersten Einzelantennengruppen, bevorzugt an Kreuzungspunkten der schachbrettartigen Anordnung, angeordnet werden können. Eine solche Anordnung ist auch im Rahmen von 2a dargestellt. In einer weiteren bevorzugten Variante dieser Ausführungsform weist das Antennenfeld als Ganzes eine Rechteck-Form auf.
In einer Ausführungsform des Antennenfelds sind die Einzelantennenelemente rechteckige, runde oder oktagonale Metallflächen. Die regelmäßigen Strukturen dieser Ausführungsform lassen sich besonders einfach als strukturierte Metallebenen auf einem Trägersubstrat ausbilden.
In einer weiteren Ausführungsform weisen die Einzelantennengruppen mindesten vier Einzelantennenelemente auf und die Gruppenform einer jeweiligen Einzelantennengruppe ist rechteckig, kreisförmig oder dreieckig. Insbesondere sind die Einzelantennengruppen einer Variante dieser Ausführungsform sämtlich rechteckig, oder sämtlich kreisförmig oder sämtlich dreieckig. In dieser Variante weisen die jeweiligen Antennenzellen einander überlappenden Gruppenformen der Einzelantennengruppen gemäß Variante 2 des erfindungsgemäßen Antennenfeldes auf. In einer anderen Variante dieser Ausführungsform weisen die Einzelantennengruppen der jeweiligen Antennenzellen mindestens zwei verschiedene Gruppenformen auf. Die zwei verschiedenen Gruppenformen überlappen sich in einem Beispiel dieser Variante, so dass die sich nicht ausschließenden Varianten 1 und 2 des erfindungsgemäßen Antennenfeldes vorliegen.
In einer Ausführungsform des Antennenfeldes unterscheiden sich mindestens zwei Einzelantennengruppen der Antennenzellen in ihrer jeweiligen Anzahl an Einzelantennenelementen. Typischerweise ist die Anzahl an Einzelantennenelementen innerhalb einer Einzelantennengruppe größer als drei und kleiner als zwanzig. Einzelantennengruppen die eine quadratische Gruppenform aufweisen, haben vorzugsweise eine Quadratzahl als Anzahl an Einzelantennenelementen, was zu einem besonders einfachen Produktionsprozess führen kann.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Antennenfeldes ist die regelmäßig wiederholte Anordnung der Antennenzellen auf dem Trägersubstrat durch eine äquidistante zweidimensionale Anordnung der Einzelantennengruppen gleicher Gruppenform gebildet. Solch eine äquidistante zweidimensionale Anordnung kann nach Art eines Schachbrettmusters ausgebildet sein. Dies kann eine besonders einfache automatisierte Produktion des erfindungsgemäßen Antennenfeldes erlauben.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Antennenfeld weiterhin eine Anzahl zusätzlicher inaktiver Einzelantennenelementen auf, die auf dem Trägersubstrat angeordnet sind und mit keiner der Gruppensignalzuführungen verbunden sind. In einer besonders vorteilhaften Variante, befinden sich die zusätzlichen inaktiven Einzelantennenelemente an einem Rand des Antennenfeldes, so dass die in Randbereichen des Antennenfeldes angeordneten aktiv sendenden oder empfangenden Einzelantennenelemente die gleiche physikalische Nachbarschaft aufweisen wie solche Einzelantennenelemente, die im Inneren des Antennenfeldes angeordnet sind. Dies führt zu einer besser kontrollierbaren Abstrahlungs- und Empfangscharakteristik.
In alternativen Ausführungsformen des Antennenfeldes umfasst jede Einzelantennengruppe 2, 4, 8 oder 16 Einzelantennenelemente.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Antennenfeld mehr als 100 Einzelantennenelemente, in einer bevorzugten Variante mehr als 500 Einzelantennenelemente auf
Gemäß einem zweiten Aspekt, betrifft die Erfindung ein Antennenmodul, zum Senden oder Empfangen von Millimeterwellensignalen, aufweisend

– ein Antennenfeld gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung;
– eine Steuer-Einheit, die eine Vielzahl von Modulatoren aufweist, die jeweils genau einer Einzelantennengruppe zugeordnet und mit ihr über eine jeweilige Gruppensignalzuführung verbunden sind, und jeweils ausgebildet sind, eine Phase und/oder Amplitude eines elektronischen Millimeterwellensignals zu verändern und a) bei Betrieb in Senderichtung das elektronische Millimeterwellensignal in ein moduliertes elektronisches Millimeterwellensignal umzuwandeln, und das modulierte elektronische Millimeterwellensignal an die jeweils zugeordnete Einzelantennengruppe zu übermitteln, und b) bei Betrieb in Empfangsrichtung modulierte elektronische Millimeterwellensignale in ein demoduliertes elektronisches Millimeterwellensignal umzuwandeln und das demodulierte elektronische Millimeterwellensignal an eine allen Modulatoren gemeinsame Ausgabe zu übermitteln; und
– eine Misch-Einheit, die ausgebildet ist, bei Betrieb in Senderichtung ein elektronisches Basisbandsignal zu empfangen und in das elektronische Millimeterwellensignal umzuwandeln, und bei Betrieb in Empfangsrichtung eine Vielzahl von demodulierten elektronischen Millimeterwellensignalen zu empfangen und in ein elektronisches Basisbandsignal umzuwandeln.

Bei dem Antennenmodul erfolgt zur Vermeidung einer phasensynchronen Verteilung eines Hochfrequenz-Trägersignals die Phasenänderung der Signale im Millimeterwellenbereich, indem eine gemeinsame Misch-Einheit als zentraler Mischerbaustein sowie eine Mehrzahl von Modulatoren verwendet wird. Weiterhin gelingt es, eine im Vergleich mit bekannten Lösungen besonders geringe Anzahl an Modulatoren zu verwenden, indem die Einzelantennenelemente in Einzelantennengruppen zusammengefasst sind und die Einzelantennenelemente einer jeweiligen dieser Einzelantennengruppen genau einem Modulator über die gemeinsame Gruppensignalzuführung zugeordnet sind. Dadurch wird bei Betrieb in Senderichtung eine gesamte jeweilige Einzelantennengruppe mit einem modulierten elektronischen Millimeterwellensignal angesteuert. Bei Betrieb in Empfangsrichtung ergeben die von den Einzelantennenelementen einer Einzelantennengruppe empfangenen Signale ein einziges, durch den jeweils zugeordneten Modulator demoduliertes elektronisches Millimeterwellensignal. Empfangs- und Senderichtung verhalten sich analog.
Somit kann eine große Anzahl an Einzelantennenelementen genutzt werden, ohne dabei die gleiche Anzahl an Modulatoren zu benötigen. Dies ist insbesondere vorteilhaft in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Antennenfeld da die erwünschte hochdirektive Abstrahlungs- oder Empfangscharakteristik bei einem gleichzeitig weiten Schwenkbereich des Antennenmoduls eine große Anzahl an Einzelantennenelementen erfordert. Daher kann durch die Reduzierung der Anzahl an Modulatoren die Produktion des erfindungsgemäßen Antennenmoduls vereinfacht werden, da sowohl Material als auch Platz auf dem dafür verwendeten Trägersubstrat eingespart werden können.
Vorzugsweise ist das Trägersubstrat eine Hochfrequenz-Leiterplatte. Hochfrequenz-Leiterplatten bestehen aus Hochfrequenz-Leiterplattenmaterial. Dieses besitzt unter anderem eine hohe Konstanz der dielektrischen Eigenschaften über dem Frequenzbereich, d. h. bis in den Hochfrequenzbereich bei 60–80 GHz gegenüber an der entsprechenden Leiterplatte reflektierten Hochfrequenz-Signalen, beispielsweise durch geeignet gewählte dielektrische Eigenschaften. Da somit kapazitive Effekte verringert werden, kann Hochfrequenz-Leiterplattenmaterial vorteilhaft zum Anordnen von Hochfrequenz-Komponenten, wie den Einzelantennenelementen, dem Mischer und den Modulatoren, verwendet werden. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Vielzahl Modulatoren monolithisch in das Trägersubstrat integriert.
Das Antennenfeld als strukturierte Metallebene ist bevorzugt monolithisch in das Trägersubstrat integriert.
Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf Figuren näher erläutert werden. Von diesen zeigen:
1a–c eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Antennenfeldes gemäß dem bekannten Stand der Technik (1a), sowie dessen Abstrahlcharakteristik für eine Hauptabstrahlrichtung senkrecht zum Antennenfeld (1b) und für eine Strahlauslenkung in eine Richtung, die von einer Senkrechten zum Antennenfeld um 45° geneigt ist (1c);
2a–c eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Antennenfeldes gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung (2a), sowie dessen Abstrahlcharakteristik für eine Hauptabstrahlrichtung senkrecht zum Antennenfeld (2b) und für eine Strahlauslenkung in eine Richtung, die von einer Senkrechten zum Antennenfeld um 45° geneigt ist (2c);
3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Antennenfeldes gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung;
4a–c eine schematische Illustrationen von drei verschiedenen Gruppenformen einer Einzelantennengruppe;
5a–e eine schematische Illustration von fünf Ausschnitten von Ausführungsformen des Antennenfeldes gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, mit jeweils einer ersten und einer zweiten Einzelantennengruppe innerhalb einer Antennenzelle;
6 eine schematische Darstellung eines Antennenmoduls gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung.
1a zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Antennenfeldes 100 gemäß dem bekannten Stand der Technik. 1b zeigt die 0°-Abstrahlcharakteristik 150 eines Antennenmoduls mit diesem bekannten Antennenfeld 100 für eine Hauptabstrahlrichtung 160 senkrecht zum Antennenfeld 100. 1c zeigt die 45°-Abstrahlcharakteristik 170 eines Antennenmoduls mit diesem bekannten Antennenfeld 100 für eine Hauptabstrahlrichtung, die von einer Senkrechten zum Antennenfeld 100 um 45° geneigt ist
Das nicht-erfindungsgemäße Antennenfeld 100 umfasst 2304 Einzelantennenelemente 110. Diese sind zu 576 Einzelantennengruppen 120 zusammengefasst sind, die jeweils eine quadratische Gruppenform 130 aufweisen und die durch eine gemeinsamen elektronischen Gruppensignalzuführung (in 6 dargestellt) verbunden und dadurch gemeinsam ansteuerbar sind. Das gesamte Antennenfeld 100 weist ebenfalls eine quadratische Form mit einer Grundseite 140 auf. Ein Abstand A1 zwischen jeweiligen Einzelantennenelementen 110 in einer Richtung parallel zu einer der Kanten der quadratischen Form beträgt 1,5mm. Dadurch weist das gesamte Antennenfeld eine Breite B1 von ungefähr 70mm. Weiterhin ergibt sich durch den Abstand A1, dass ein Abstand A2 zwischen jeweiligen Einzelantennengruppen 120 3mm beträgt.
Als Abstand zwischen Einzelantennenelementen wird im Folgenden insbesondere ein Abstand zwischen Mittelpunkten der Einzelantennenelemente verstanden. Als Mittelpunkt der Einzelelemente kann hierfür der geometrische Schwerpunkt der Einzelantennenelemente betrachtet werden. Analog wird als Abstand zwischen Einzelantennengruppen ein Abstand zwischen Mittelpunkten der Einzelantennengruppen verstanden. Als Mittelpunkt der Einzelantennengruppe kann der geometrische Schwerpunkt der zweidimensionalen Gruppenform der Einzelantennengruppe betrachtet werden.
Die 0°-Abstrahlcharakteristik 150 ist in einem Antennendiagramm für Richtungen innerhalb einer Ebene, die senkrecht auf der Grundseite 140 steht, dargestellt. Das Antennendiagramm hat eine Abszisse 154, die einen Abstrahlungswinkel in Bogenmaß angibt, und eine Ordinate 158, die eine relative Signalintensität logarithmisch in dB angibt. Das Antennendiagramm stellt somit auch die Strahlungsintensität aus Richtungen der Abstrahlung des Antennenfeldes dar, die nicht der verwendeten Hauptabstrahlrichtung entsprechen. Bei der dargestellten 0°-Abstrahlcharakteristik 150 liegt die Hauptabstrahlrichtung 160 bei °0, also senkrecht zu dem Antennenfeld 100. Weiterhin ist eine Abfolge von mit größerem Abstrahlungswinkel schwächer abgestrahlten Maxima 164 und Minima 168 der 0°-Abstrahlcharakteristik 150 in 1b dargestellt, die durch konstruktive und destruktive Interferenz von an den jeweiligen Einzelantennenelementen 110 gesendeten omnidirektionalen Kugelwellen entstehen.
Die 45°-Abstrahlcharakteristik 170 ist in einem Antennendiagramm dargestellt, das die gleiche Abszisse 174 und die gleiche Ordinate 178 aufweist, und dass für die gleichen Abstrahlrichtungen dargestellt ist, wie bereits das Antennendiagramm aus 1b. Im Gegensatz zu der in 1b dargestellten 0°-Abstrahlcharakteristik 150, liegt die Hauptstrahlrichtung 180 bei 45°, also in Bogenmaß ausgedrückt bei π/4. Ein weiteres Intensitätsmaximum von der Größenordnung der Intensität der Hauptabstrahlrichtung ist als Nebenkeulenaussendung 190 in dem Antennendiagramm dargestellt. Die Nebenkeulenaussendung 190 sowie weitere schwächere Maxima 194 und Minima 198 entstehen durch konstruktive und destruktive Interferenz von an den jeweiligen Einzelantennenelementen 110 gesendeten omnidirektionalen Kugelwellen im Millimeterwellenbereich.
2a zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Antennenfeldes 200 gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung. 2b zeigt die 0°-Abstrahlcharakteristik 250 als Antennendiagramm für eine Hauptabstrahlrichtung 260 senkrecht zum Antennenfeld 200. 2c zeigt die 45°-Abstrahlcharakteristik für eine Hauptabstrahlrichtung 280, die von einer Senkrechten zum Antennenfeld um 45° geneigt ist.
Das Antennenfeld 200 ist auf einem in 6 dargestellten Trägersubstrat in Form einer strukturierten Metallebene mit einer Vielzahl von Antennenzellen 210 ausgebildet, die jeweils zwei Einzelantennengruppen 215 enthalten, welche wiederum jeweils von vier Einzelantennenelementen 220 gebildet sind und jeweils mit einer gemeinsamen elektronischen Gruppensignalzuführung verbunden und dadurch gemeinsam ansteuerbar sind, was in 6 ausführlich dargestellt ist. Die Einzelantennenelemente 220 einer gegebenen Einzelantennengruppe 215 sind Metallflächen mit identischer, runder Einzelantennenform. Jede der gegebenen Einzelantennengruppen 215 weist eine zweidimensionale Gruppenform 225 auf, wobei die mehreren Einzelantennengruppen 215 der betreffenden Antennenzelle 210 in ihrer Gesamtheit eine zweidimensionale Zellenform 230 bilden. Weiterhin sind die Antennenzellen 210 und mit ihnen die Einzelantennengruppen 215 gleicher Gruppenform 225 auf dem Trägersubstrat regelmäßig wiederholt angeordnet. Die Einzelantennengruppen 215 der Antennenzellen 210 weisen verschiedene Gruppenformen 225 auf, wobei eine erste Einzelantennengruppe 217 eine quadratische erste Gruppenform 227 aufweist und die zweite Einzelantennengruppe 219 eine quadratische zweite Gruppenform 229 aufweist, die durch eine Drehung um eine senkrecht zum Antennenfeld 200 stehende Antennenachse um einen Drehwinkel von 45° in die erste Gruppenform 227 überführbar ist.
Alle Antennenzellen 210 weisen die gleiche Zellenform 230 auf, wobei die Antennenzellen 210 durch eine jeweilige Translation entlang der durch das Trägersubstrat vorgegebenen strukturierten Metallebene in einander überführbar sind. Dabei ergibt sich in der dargestellten ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antennenfeldes 200 eine äquidistante zweidimensionale Anordnung der Einzelantennengruppen 215 gleicher Gruppenform 225.
Insgesamt umfasst das Antennenfeld 200 genau 2048 Einzelantennenelemente 220, die zu 512 Einzelantennengruppen 215 zusammengefasst sind. Folglich existieren 512 gemeinsame Gruppensignalzuführungen, wie in 6 genauer gezeigt ist.
Der Abstand A1 zwischen den Einzelantennenelementen 220 einer Einzelantennengruppe 215 beträgt ungefähr 1,5mm und der Abstand A2 zwischen benachbarten Einzelantennengruppen 215 beträgt durch die gedrehte Anordnung ungefähr 2,1mm. Im Vergleich zu dem Antennenfeld 100, das in 1a dargestellt ist, weist das Antennenfeld 200 einen geringeren Abstand A2 zwischen benachbarten Einzelantennengruppen 120, 215 auf.
Dies führt zu den in 2b und 2c dargestellten Antennendiagramm des Antennenfeldes 200.
2b zeigt die 0°-Abstrahlcharakteristik 250 eines Antennenmoduls mit dem Antennenfeld 200 für die gleichen Richtungen relativ zu dem Antennenfeld 200, wie das Antennendiagramm aus 1b, wobei Abszisse 254 und Ordinate 258 ebenfalls die logarithmische relative Signalintensität über dem Abstrahlungswinkel in Bogenmaß angeben. Die Hauptabstrahlrichtung 260 liegt bei 0°, also senkrecht zum Antennenfeld 200. Weiterhin ist wie bereits in 1b eine Abfolge von Maxima 264 und Minima 268 dargestellt, die durch konstruktive und destruktive Interferenz von an den jeweiligen Einzelantennenelementen 220 gesendeten omnidirektionalen Kugelwellen entstehen. Im Vergleich zu den Maxima 164, haben die Maxima 264 jedoch eine etwas geringere Intensität. So ist das letzte Randseitige Maximum 265 um 46dB relative zur Intensität in Hauptabstrahlrichtung 260 gedämpft, wohingegen das Maximum gleicher Ordnung im Antennendiagramm aus 1b um 43dB relativ zur Intensität in Hauptstrahlrichtung 160 gedämpft ist. Dieser Unterschied in der Intensität an abgestrahltem Millimeterwellensignal liegt in der etwas geringeren Anzahl an Einzelantennenelementen 220 des Antennenfeldes 200 begründet, im Vergleich zu dem Antennenfeld 100.
2c zeigt die 45°-Abstrahlcharakteristik 270 des Antennenmoduls mit dem Antennenfeld 200 für die gleichen Richtungen relativ zu dem Antennenfeld 200, wie das Antennendiagramm aus 1c, wobei Abszisse 274 und Ordinate 278 ebenfalls die logarithmische relative Signalintensität über dem Abstrahlungswinkel in Bogenmaß angeben. Die Hauptabstrahlrichtung 280 liegt bei 45°, also in Bogenmaß ausgedrückt bei π/4, was bedeutet, dass die Hauptabstrahlrichtung 280 von der senkrecht auf dem Antennenfeld stehenden Hauptabstrahlrichtung 260 aus 2b um 45° geneigt ist. Weiterhin ist eine Abfolge von zu größer werdenden Abstrahlwinkeln schwächer werdenden Maxima 294 und Minima 298 in 2c erkennbar, ohne dass eine Nebenkeulenaussendung von der Größenordnung der Intensität der Hauptabstrahlrichtung 280 existiert, wie es für das Antennenfeld 100 gemäß 1c der Fall ist.
Das in 2c dargestellte Antennendiagramm veranschaulicht somit im Vergleich zu 1c den wesentlichen Vorteil des erfindungsgemäßen Antennenfeldes 200. Die Nebenkeulenaussendung ist für ein Antennenmodul mit dem Antennenfeld 200 deutlich reduziert, so dass für eine hochdirektive Abstrahlungs- oder Empfangscharakteristik für das erfindungsgemäße Antennenmodul möglich ist, ohne dass das eine Erhöhung der Anzahl von Einzelantennenelementen erfordert.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Antennenfeldes 300 gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.
Das Antennenfeld 300 weist im Gegensatz zu der in 2a dargestellten ersten Ausführungsform des Antennenfeldes 200 eine erste regelmäßig wiederholte Einzelantennengruppe 310, mit einer quadratischen Gruppenform 314 mit jeweils 16 Einzelantennenelementen 318, und eine zweite regelmäßig wiederholte Einzelantennengruppe 320 mit einer kreisförmigen Gruppenform 324 mit jeweils 12 Einzelantennenelementen 328 auf. Folglich unterscheiden die zwei Einzelantennengruppen 310, 320 in ihrer jeweiligen Anzahl an Einzelantennenelementen 318, 328. Weiterhin sind die Einzelantennengruppen 310, 320 gleicher Gruppenform 314, 324 äquidistant auf dem Trägersubstrat angeordnet. Hierbei können die Antennenzellen 330 durch ein Zusammenfassen einer jeweiligen Einzelantennengruppe 310 mit quadratischer Gruppenform 314 und einer benachbarten Einzelantennengruppe 320 mit kreisförmiger Gruppenform 324 so gebildet sein, dass die Antennenzellen 330 regelmäßig wiederholt auf dem Trägersubstrat angeordnet sind.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform sind die Einzelantennenelemente eines Antennenfeldes rechteckige oder oktagonale Metallflächen.
4a bis 4c zeigen schematische Illustrationen von drei verschiedenen Gruppenformen einer Einzelantennengruppe, nämlich eine rechteckige Gruppenform 410 (4a), eine kreisförmige Gruppenform 420 (4b) und eine dreieckige Gruppenform 430 (4c).
Bevorzugt werden in einem Antennenfeld unterschiedliche Gruppenformen 410, 420, 430 verwendet. Dadurch existiert eine Anzahl unterschiedlicher Abstande zwischen Einzelantennenelementen verschiedener Einzelantennengruppen, was eine konstruktive Interferenz bezüglich ungewollter Nebenkeulenaussendungen reduzieren kann.
5a bis 5e zeigen eine schematische Illustration von fünf Ausschnitten von Ausführungsformen des Antennenfeldes 500a, 500b, 500c, 500d, 500e gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, mit jeweils einer ersten 510a, 510b, 510c, 510d, 510e und einer zweiten Einzelantennengruppe 520a, 520b, 520c, 520d, 520e innerhalb einer Antennenzelle 530a, 530b, 530c, 530d, 530e.
Das in 5a ausschnittsweise dargestellte erfindungsgemäße Antennenfeld 500a weist eine Anzahl von Einzelantennengruppen 510a, 520a auf, die alle eine identische quadratische Gruppenform 540a aufweisen und jeweils 16 Einzelantennenelemente 515a umfassen. Die Antennenzelle 530a kann hierbei so gebildet werden, dass sie einander überlappende Gruppenformen 540a, 540a‘ der Einzelantennengruppen 510a, 520a aufweist. Die zwei überlappenden Gruppenformen 540a, 540a‘ bilden eine zweidimensionale Zellenform 535a der Antennenzelle 530a.
Die Gruppenformen 540a überlappen jeweils dadurch, dass ein Einzelantennenelement 515a der ersten Einzelantennengruppe 510a innerhalb der durch die benachbarte zweite Einzelantennengruppe 520a vorgegebenen Gruppenform 540a‘ liegt.
Weiterhin überlappen benachbarte Antennenzellen 530a, indem ein jeweiliges Einzelantennenelement 515a‘ der Antennenzellen 530a innerhalb der durch eine jeweils benachbarte Antennenzelle 530a‘ gebildeten Zellenform 535a‘ angeordnet ist.
Das in 5b ausschnittsweise dargestellte erfindungsgemäße Antennenfeld 500b ist wie das Antennenfeld 500a ausgebildet, mit dem Unterschied, dass die zweite Einzelantennengruppe 520b zwar, wie die erste Antennengruppe 510b, eine quadratische Gruppenform 540b aufweist, aber nur jeweils 9 Einzelantennenelemente 515b umfasst. Da ein Abstand A1 zwischen Einzelantennenelementen 515b einer Einzelantennengruppe 510b, 520b im Verglich zu dem Antennenfeld 500a konstant ist, führt die geringere Zahl an Einzelantennenelementen 515b der zweiten Einzelantennengruppe 520b zu einem geringeren Abstand A2 zwischen den Einzelantennengruppen 510b, 520b einer Antennenzelle 530b im Vergleich zu dem Antennenfeld 500a.
5c zeigt ausschnittsweise eine Ausführungsform des Antennenfeldes 500c, das wie das in 5a gezeigte Antennenfeld 500a ausgebildet ist, mit dem Unterschied, dass die erste und die zweite Einzelantennengruppe 510c, 520c nicht 16 sondern 9 Einzelantennenelemente 515c umfassen. Dies führt auch zu einem geringeren Abstand A2 zwischen den Einzelantennengruppen 510c, 520c einer Antennenzelle 530c im Vergleich zu dem Antennenfeld 500a.
5d zeigt ausschnittsweise eine Ausführungsform des Antennenfeldes 500d, auf dem Einzelantennengruppen 510d der ersten Gruppenform 540d mehrere Anordnungen relativ zu den Einzelantennengruppen 520d der zweiten Gruppenform 545d aufweisen. Dadurch wird die sich regelmäßig wiederholende Antennenzelle 530d nicht aus zwei Einzelantennengruppen gebildet, sondern aus neun Einzelantennengruppen 510d der ersten Gruppenform 540d und vier Einzelantennengruppen der zweiten Gruppenform 545d. Die Einzelantennengruppen 510d der ersten Gruppenform 540d sind quadratisch geformt und umfassen jeweils vier Einzelantennenelemente 515d. Die Einzelantennengruppen 520d der zweiten Gruppenform 545d sind quadratisch geformt und umfassen jeweils 9 Einzelantennenelemente 515d. Die verschiedenen relativen Anordnungen zwischen Einzelantennengruppen 510d der ersten Gruppenform 540d und Einzelantennengruppen 520d der zweiten Gruppenform 545d führen zu unterschiedlichen Abständen A11 und A12 zwischen jeweils Einzelantennengruppen 510d der ersten Gruppenform 540d und Einzelantennengruppen 520d der zweiten Gruppenform 545d.
Die sich regelmäßig wiederholende Anordnung der Antennenzelle 530d auf dem Antennenfeld 500d ist in 5d nicht dargestellt.
5e zeigt ausschnittsweise eine Ausführungsform des Antennenfeldes 500e, das wie das in 3 dargestellte Antennenfeld 300 ausgebildet ist, mit dem Unterschied, dass die zweite Einzelantennengruppe 520e zwar ebenfalls eine runde Gruppenform 540e aufweist, aber nicht 12 Einzelantennenelemente sonder 9 Einzelantennenelemente 515e umfasst. Nicht dargestellt sind in dem Ausschnitt die Einzelantennenelemente 515e, die zu den Einzelantennengruppen 520e der zweiten Gruppenform 540e an Randseiten des in 5e dargestellten Ausschnitts gehören.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Antennenmoduls 600 gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung. Hierbei wird insbesondere eine Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Antennenmoduls 600 verdeutlicht.
Das Antennenmodul 600 zum Senden oder Empfangen von Millimeterwellensignalen, weist ein Antennenfeld 200 gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf, wobei in der dargestellten Ausführungsform das in 2a dargestellte Antennenfeld 200 vorliegt. An den Einzelantennengruppen 215 sind jeweils vier Einzelantennenelemente 220 angebracht, die jedoch nur für eine Einzelantennengruppe 215 in 6 dargestellt sind.
Weiterhin umfasst das Antennenmodul 600 eine Steuer-Einheit 610, die eine Vielzahl von Modulatoren 620 aufweist, die jeweils genau einer Einzelantennengruppe 215 zugeordnet und mit ihr über eine jeweilige Gruppensignalzuführung 630 verbunden sind, und jeweils ausgebildet sind, eine Phase und/oder Amplitude eines elektronischen Millimeterwellensignals zu verändern. Jeder der Modulatoren 620 ist identisch aufgebaut und umfasst einen ersten Richtungsumschalter 621, einen zweiten Richtungsumschalter 622, einen Sendeverstärker 624 mit einem vorgeschalteten ersten Vektormodulator (VM) 625 und einen Empfangsverstärker 628 mit einem zweiten Vektormodulator 629. Entsprechend einer Stellung des ersten und zweiten Richtungsumschalters 621, 622 ist entweder den Sendeverstärker 624 mit dem ersten Vektormodulator 625, oder den Empfangsverstärker 628 mit dem zweiten Vektormodulator 629 in einer elektronischen Verbindung mit der jeweiligen Einzelantennengruppe 215 und einer gemeinsamen Misch-Einheit 640. Die Modulatoren 620 sind ausgebildet, bei entsprechender Stellung des ersten und zweiten Richtungsumschalters 621, 622, für einen Betrieb in Senderichtung wie in 6 dargestellt, das elektronische Millimeterwellensignal in ein moduliertes elektronisches Millimeterwellensignal umzuwandeln, und das modulierte elektronische Millimeterwellensignal an die jeweils zugeordnete Einzelantennengruppe zu übermitteln. Bei Betrieb in Empfangsrichtung, für den die Richtungsumschalter 621, 622 entgegen der Darstellung in 6 nach oben geschaltet sein müssten sind die Modulatoren 620 ausgebildet, modulierte elektronische Millimeterwellensignale in ein demoduliertes elektronisches Millimeterwellensignal umzuwandeln und das demodulierte elektronische Millimeterwellensignal an eine allen Modulatoren 620 gemeinsame Ausgabe 635 zu übermitteln.
Die gemeinsame Misch-Einheit 640 umfasst einen Mischer-Richtungsumschalter 641, der in 6 in Senderichtung des Antennenmoduls 600 geschaltet ist, einen ersten Mischer-Verstärker 642 für einen Betrieb in Senderichtung und einen zweiten Mischer-Verstärker 643 für einen Betrieb in Empfangsrichtung. Weiterhin umfasst die Misch-Einheit 640 einen ersten I/Q-Mischer 644 für einen Betrieb in Senderichtung, der ausgebildet ist ein elektrisches Basisbandsignal 645 zu empfangen und durch Verwendung einer Phasenregelschleife (PPL) 646 mit einem Referenzsignal 647 in das elektronische Millimeterwellensignal 650 umzuwandeln. Bei einem Betrieb der gemeinsamen Misch-Einheit 640 in Empfangsrichtung, was entgegen der in 6 dargestellten Schaltungsanordnung einen nach oben weisenden Mischer-Richtungsumschalter 641 erfordert, ist diese dazu ausgebildet, das demodulierte elektronisches Millimeterwellensignal zu empfangen und über einen zweiten I/Q-Mischer 648 durch Verwendung der Phasenregelschleife (PLL) 646 mit dem Referenzsignal 647 in ein elektronisches Basisbandsignal 649 umzuwandeln.
Lediglich schematisch gezeigt ist in 6 das Trägersubstrat 660, auf dem das Antennenfeld 200 in Form einer strukturierten Metallebene ausgebildet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4045800 [0006]
EP 0144867 A2 [0007]

Claims

Antennenfeld zum Senden oder Empfangen von Millimeterwellensignalen, auf einem Trägersubstrat in Form einer strukturierten Metallebene mit einer Vielzahl Antennenzellen, die jeweils mehrere Einzelantennengruppen enthalten, welche wiederum jeweils von einer Vielzahl Einzelantennenelementen gebildet sind und jeweils mit einer gemeinsamen elektronischen Gruppensignalzuführung verbunden und dadurch gemeinsam ansteuerbar sind, wobei – die Einzelantennenelemente einer gegebenen Einzelantennengruppe Metallflächen mit identischer Einzelantennenform sind, die gegebene Einzelantennengruppe eine zweidimensionale Gruppenform aufweist, sowie die mehreren Einzelantennengruppen der betreffenden Antennenzelle in ihrer Gesamtheit eine zweidimensionale Zellenform bilden, – die Antennenzellen und mit ihnen die Einzelantennengruppen gleicher Gruppenform auf dem Trägersubstrat regelmäßig wiederholt angeordnet sind, und wobei – die Einzelantennengruppen der Antennenzellen verschiedene Gruppenformen aufweisen und/oder – die Zellenform einer jeweiligen Antennenzelle einander überlappende Gruppenformen der Einzelantennengruppen aufweist.
Antennenfeld gemäß Anspruch 1, bei dem alle Antennenzellen die gleiche Zellenform aufweisen.
Antennenfeld gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Antennenzellen überlappen, indem mindestens ein jeweiliges Einzelantennenelement der Antennenzellen innerhalb der durch eine jeweils benachbarte Antennenzelle gebildeten Zellenform angeordnet ist.
Antennenfeld gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Antennenzellen jeweils eine erste Einzelantennengruppe mit einer ersten Gruppenform und eine zweite Einzelantennengruppe mit einer zweiten Gruppenform aufweisen, und sich die erste und zweite Gruppenform durch eine Drehung um eine senkrecht zum Antennenfeld stehende Antennenachse um einen Drehwinkel von 45° in einander überführen lassen.
Antennenfeld gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einzelantennenelemente rechteckige, runde oder oktagonale Metallflächen sind.
Antennenfeld gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einzelantennengruppen mindesten vier Einzelantennenelemente aufweisen und die Gruppenform einer jeweiligen Einzelantennengruppe rechteckig, kreisförmig oder dreieckig ist.
Antennenfeld gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens zwei Einzelantennengruppen der Antennenzellen sich in ihrer jeweiligen Anzahl an Einzelantennenelementen unterscheiden.
Antennenfeld gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die regelmäßig wiederholte Anordnung der Antennenzellen auf dem Trägersubstrat durch eine äquidistante zweidimensionale Anordnung der Einzelantennengruppen gleicher Gruppenform gebildet ist.
Antennenfeld gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin eine Anzahl zusätzlicher inaktiver Einzelantennenelementen aufweist, die auf dem Trägersubstrat angeordnet sind und mit keiner der Gruppensignalzuführungen verbunden sind.
Antennenmodul zum Senden oder Empfangen von Millimeterwellensignalen, aufweisend – ein Antennenfeld gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9; – eine Steuer-Einheit, die eine Vielzahl von Modulatoren aufweist, die jeweils genau einer Einzelantennengruppe zugeordnet und mit ihr über eine jeweilige Gruppensignalzuführung verbunden sind, und jeweils ausgebildet sind, eine Phase und/oder Amplitude eines elektronischen Millimeterwellensignals zu verändern und a) bei Betrieb in Senderichtung das elektronische Millimeterwellensignal in ein moduliertes elektronisches Millimeterwellensignal umzuwandeln, und das modulierte elektronische Millimeterwellensignal an die jeweils zugeordnete Einzelantennengruppe zu übermitteln, und b) bei Betrieb in Empfangsrichtung modulierte elektronische Millimeterwellensignale in ein demoduliertes elektronisches Millimeterwellensignal umzuwandeln und das demodulierte elektronische Millimeterwellensignal an eine allen Modulatoren gemeinsame Ausgabe zu übermitteln; und – eine Misch-Einheit, die ausgebildet ist, bei Betrieb in Senderichtung ein elektronisches Basisbandsignal zu empfangen und in das elektronische Millimeterwellensignal umzuwandeln, und bei Betrieb in Empfangsrichtung eine Vielzahl von demodulierten elektronischen Millimeterwellensignalen zu empfangen und in ein elektronisches Basisbandsignal umzuwandeln.