DE102017112441B4

DE102017112441B4 - Beamforming structure, antenna arrangement with a beam-forming structure and transmitting and / or receiving device with a beam-forming structure

Info

Publication number: DE102017112441B4
Application number: DE102017112441.1A
Authority: DE
Inventors: Oliver Litschke; Andreas Bettray; Markus Krengel
Original assignee: IMST GmbH
Current assignee: IMST GmbH
Priority date: 2017-06-06
Filing date: 2017-06-06
Publication date: 2019-03-28
Anticipated expiration: 2037-06-07
Also published as: DE102017112441A1

Abstract

Die Offenbarung betrifft eine Beamforming-Struktur, eine Antennenanordnung mit einer Beamforming-Struktur sowie eine Sende- und/oder Empfangsvorrichtung mit einer Hochfrequenz-Verarbeitungseinheit und einer Beamforming-Struktur.Die Beamforming-Struktur umfasst eine Mehrzahl von Einspeisepunkten (a-p) zum Einspeisen von elektromagnetischer Energie; eine Mehrzahl von Herausleitungspunkten (A-P) zum Herausleiten von elektromagnetischer Energie; einen Energie-Ausbreitungsbereich (10), der räumlich zwischen der Mehrzahl von Einspeisepunkten (a-p) und der Mehrzahl von Herausleitungspunkten (A-P) vorgesehen ist; und eine Einspeiseanordnung, konfiguriert zum Einspeisen von elektromagnetischer Energie in mindestens drei aufeinanderfolgende Einspeisepunkte (k, l, m).Die Einspeiseanordnung umfasst mindestens einen Leistungskombinierer (13-1, 13-2, 13-3) mit einem Ausgang, wobei der Ausgang des mindestens einen Leistungskombinierers (13-1, 13-2, 13-3) mit einem nicht-peripheren Einspeisepunkt (l) der mindestens drei aufeinanderfolgenden Einspeisepunkte (k, l, m) verbunden ist.The disclosure relates to a beamforming structure, an antenna arrangement with a beamforming structure and a transmitting and / or receiving device having a high frequency processing unit and a beamforming structure. The beamforming structure comprises a plurality of feed points (ap) for feeding in electromagnetic Energy; a plurality of lead-out points (A-P) for conducting out electromagnetic energy; an energy propagation area (10) provided spatially between the plurality of feed points (a-p) and the plurality of lead out points (A-P); and a feeder arrangement configured to feed electromagnetic energy into at least three consecutive feed points (k, l, m). The feeder arrangement comprises at least one power combiner (13-1, 13-2, 13-3) having an output, the output of the at least one power combiner (13-1, 13-2, 13-3) is connected to a non-peripheral feed-in point (l) of the at least three consecutive feed-in points (k, l, m).

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die Offenbarung betrifft eine Beamforming-Struktur für elektromagnetische Wellen, eine Antennenanordnung mit einer Beamforming-Struktur, sowie eine Sende- und/oder Empfangsvorrichtung mit einer Beamforming-StrukturThe disclosure relates to an electromagnetic wave beamforming structure, an antenna array having a beamforming structure, and a transmitting and / or receiving device having a beamforming structure

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Beamforming-Strukturen oder Beamforming-Netzwerke für elektromagnetische Wellen werden im Funkwellenspektrum, beispielsweise im Bereich zwischen 100 MHz und 100 GHz, dazu verwendet, die Richtstrahlcharakteristik einer Antenne oder eines Antennenarrays anzupassen.Beamforming structures or beamforming networks for electromagnetic waves are used in the radio wave spectrum, for example in the range between 100 MHz and 100 GHz, to adapt the directional beam characteristic of an antenna or an antenna array.

Eine allgemeine Beamforming-Struktur ist in 1 dargestellt. Beispielhaft wird hier eine Rotman-Linse angenommen, deren allgemeine technische Grundzüge beispielsweise aus der Druckschrift US 6,130,653 A bekannt sind.A general beamforming structure is in 1 shown. By way of example, a Rotman lens is assumed here, the general technical features of which are given, for example, in the publication US 6,130,653 A are known.

Die Beamforming-Struktur weist eine Mehrzahl von Einspeisepunkten a-p auf, die beispielsweise in einem gleichmäßigen Abstand zueinander derart angeordnet sind, dass sich elektromagnetische Energie, die in einen beliebigen Einspeisepunkt a-p eingespeist bzw. eingekoppelt wird, in Form einer weitgehend leitungsgebundenen bzw. strukturgebundenen elektromagnetischen Welle innerhalb eines Energie-Ausbreitungsbereichs 10 ausbreitet.The beamforming structure has a plurality of feed points a - p on, for example, are arranged at a uniform distance from each other such that electromagnetic energy, which in any feed point a - p is fed or coupled, in the form of a largely conduction-bound or structure-bound electromagnetic wave within an energy propagation range 10 spreads.

Auf der den Einspeisepunkten a-p gegenüberliegenden Seite des Energie-Ausbreitungsbereichs 10 ist eine Mehrzahl von Herausleitungspunkten A-P vorgesehen. Die Herausleitungspunkte A-P sind beispielsweise jeweils mit einem Arrayelement eines Antennen-Arrays verbunden. Die Beamforming-Struktur übernimmt demnach elektromagnetische Energie (Hochfrequenz-Energie) an ihren Einspeisepunkten a-p, die sich näherungsweise als eine elektromagnetische Zylinderwelle im Energie-Ausbreitungsbereich 10 mit einem durch die Einspeisung definierten Amplituden- und Phasenverhalten in Richtung der Herausleitungspunkte A-P ausbreitet. Das Hochfrequenz-Summensignal, das sich an den Herausleitungspunkten A-P ergibt, ist durch die Charakteristik der Zylinderwelle vorgegeben und nach erfolgter Einspeisung nicht beeinflussbar.On the entry points a - p opposite side of the energy propagation area 10 is a plurality of lead-out points A - P intended. The lead-out points A - P For example, each connected to an array element of an antenna array. The beamforming structure therefore takes over electromagnetic energy (high-frequency energy) at its feed-in points a - p which approximates an electromagnetic cylinder wave in the energy propagation region 10 with an amplitude and phase behavior defined by the feed in the direction of the lead-out points A - P spreads. The high-frequency composite signal, located at the lead-out points A - P results is specified by the characteristic of the cylinder shaft and can not be influenced after the feed.

Der Ort der Einspeisung, d. h. einer der Einspeisepunkte a-p, kann gemäß der gewünschten Richtcharakteristik der mit den Herausleitungspunkten A-P verbundenen Antennenstruktur ausgewählt werden. Bei der in 1 beispielhaft dargestellten Beamforming-Struktur sind ausgangsseitig sechzehn Herausleitungspunkte A-P vorgesehen, die beispielsweise mit jeweils einem von sechzehn Einzelelementen eines Antennenarrays verbunden sind. Ferner sind sechzehn Einspeisepunkte a-p vorgesehen. Entsprechend kann durch Einspeisung in einen bestimmten der sechzehn Einspeisepunkte a-p eine von sechzehn Strahlungskeulen (Beams) ausgewählt werden. Das sich ergebende Summensignal, das in Form einer elektromagnetischen Welle von dem Antennenarray in den Freiraum abgestrahlt wird, hat typischerweise eine ausgeprägte Richtcharakteristik.The place of supply, ie one of the entry points a - p , can according to the desired directional characteristic of the lead-out points A - P connected antenna structure can be selected. At the in 1 The beamforming structure shown by way of example are sixteen lead-out points on the output side A - P provided, for example, each connected to one of sixteen individual elements of an antenna array. There are also sixteen entry points a - p intended. Accordingly, by feeding into a particular one of the sixteen feed-in points a - p one of sixteen beams (beams) can be selected. The resulting sum signal, which is emitted in the form of an electromagnetic wave from the antenna array in the free space, typically has a pronounced directional characteristic.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass hierin durchgehend die Bezeichnungen „Einspeisepunkte“ und „Herausleitungspunkte“ für eine angenommene Senderichtung verwendet werden, d. h. wenn eine mit der Beamforming-Struktur verbundene Sende- und/oder Empfangsvorrichtung im Sendebetrieb arbeitet. Dies schließt jedoch die Empfangsrichtung nicht aus, und eine mit den Einspeisepunkten der Beamforming-Struktur verbundene Sende- und/oder Empfangsvorrichtung, die im Empfangsbetrieb arbeitet, nimmt empfangene Hochfrequenzenergie aus dem Antennenarray an zumindest einem Einspeisepunkt der Beamforming-Struktur entgegen.It should be noted at this point that throughout this document the terms "entry points" and "exit points" are used for an assumed transmission direction, i. H. when a transmitting and / or receiving device connected to the beamforming structure operates in the transmission mode. However, this does not preclude the receiving direction, and a transmitting and / or receiving device operating in the receiving mode, which accepts the feeding points of the beamforming structure, receives received radio-frequency energy from the antenna array at at least one feeding point of the beamforming structure.

Aus dem Stand der Technik ist eine Beamforming-Struktur bekannt, die ausschnittsweise in 2a gezeigt ist und einen mit weiteren Elementen versehenen Teilbereich der Beamforming-Struktur aus 1 darstellt. In 2a sind eingangsseitig die Einspeisepunkte k, l sowie die Einspeisepunkte m, n jeweils mit einem Leistungsteiler 2-1 bzw. 2-2 verschaltet. Die Leistungsteiler 2-1, 2-2 sind als symmetrische Wilkinson-Teiler aufgebaut und teilen das Signal an ihrem Eingang auf. Eine Querkopplung zwischen dem Eingang des Leistungsteilers 2-1 und dem Eingang des Leistungsteilers 2-2 wird vermieden. Die beiden Ausgänge des Leistungsteilers 2-1 sind jeweils mit dem Einspeisepunkt k bzw. dem Einspeisepunkt l verbunden, und die beiden Ausgänge des Leistungsteilers 2-2 sind jeweils mit dem Einspeisepunkt m bzw. dem Einspeisepunkt n verbunden. Auf ähnliche Weise können die übrigen benachbarten Einspeisepunkt-Paare a, b; c, d; e, f; g, h; i, j; o, p ebenfalls jeweils mit einem Leistungsteiler beschaltet sein, was in 2a der Einfachheit halber nicht dargestellt ist.From the prior art, a beam-forming structure is known, the fragmentary in 2a is shown and provided with further elements portion of the beam-forming structure 1 represents. In 2a On the input side are the entry points k . l as well as the entry points m, n each with a power divider 2-1 respectively. 2-2 connected. The power dividers 2-1 . 2-2 are constructed as symmetrical Wilkinson splitters and divide the signal at their input. A cross-coupling between the input of the power divider 2-1 and the input of the power divider 2-2 is avoided. The two outputs of the power divider 2-1 are each with the entry point k or the entry point l connected, and the two outputs of the power divider 2 - 2 are each connected to the feed point m and the feed point n. Similarly, the remaining adjacent feed-point pairs a . b ; c . d ; e . f ; G . H ; i . j ; O . p each also be connected to a power divider, which in 2a for the sake of simplicity is not shown.

Eine Auswahl der gewünschten Richtcharakteristik erfolgt bei der Beamforming-Struktur in 2a durch eine Auswahl des Eingangs eines gewünschten Leistungsteilers. Beispielsweise wird bei einer Einspeisung eines Hochfrequenzsignals in den Eingang des Leistungsleiters 2-1 dessen Leistung auf die Ausgänge des Leistungsteilers 2-1 aufgeteilt und der Kombination aus den Einspeisepunkten k, l phasengleich zugeführt. Es erfolgt demnach eine kombinierte Einspeisung in die Einspeisepunkte k, l. Entsprechend wird bei einer Einspeisung eines Hochfrequenzsignals in den Eingang des Leistungsleiters 2-2 dessen Leistung auf die Ausgänge des Leistungsteilers 2-2 aufgeteilt und der Kombination aus den Einspeisepunkten m, n phasengleich zugeführt. Es erfolgt dann eine kombinierte Einspeisung in die Einspeisepunkte m, n.A selection of the desired directional characteristic takes place in the beamforming structure in FIG 2a by selecting the input of a desired power divider. For example, at a feed of a High-frequency signal in the input of the power conductor 2-1 its power on the outputs of the power divider 2-1 split and the combination of the entry points k . l fed in phase. There is therefore a combined feed into the entry points k . l , Accordingly, when a high-frequency signal is fed into the input of the power conductor 2-2 its power on the outputs of the power divider 2-2 split and the combination of the entry points m . n fed in phase. There is then a combined feed into the entry points m . n ,

2b zeigt schematisch ein zugehöriges Richtdiagramm der Leistungsamplitude P der auf diese Weise entstehenden Beams in Abhängigkeit von einem Winkel p. Wird der Winkel zwischen einer Kombination von Einspeisepunkten k, l und einer benachbarten Kombination von Einspeisepunkten m, n als α bezeichnet (siehe 2a), dann ergibt sich für einen minimal möglichen Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Beams (5-1, 5-2) ebenfalls ungefähr ein Abstand von α (siehe 2b). 2 B schematically shows an associated directional diagram of the power amplitude P the resulting beams depending on an angle p , The angle between a combination of entry points k . l and an adjacent combination of entry points m . n when α designated (see 2a) , then results for a minimum possible angular distance between two adjacent beams ( 5-1 . 5-2 ) also about a distance from α (please refer 2 B) ,

Der Leistungsabfall zwischen zwei benachbarten Beams beträgt bei einer typischen herkömmlichen Beamformingstruktur in deren Schnittpunkt 6 z. B. ungefähr 6 dB. Dadurch können bestimmte Richtcharakteristika beispielsweise eines Antennenarrays, das mit den Herausleitungspunkten einer herkömmlichen Beamformingstruktur verbunden ist, nur unzureichend erzielt werden, wenn die gewünschte Richtung für eine maximale Signalabstrahlung oder einen maximalen Signalempfang im Bereich des Schnittpunktes 6 liegt.The power drop between two adjacent beams is at their intersection in a typical conventional beamforming structure 6 z. For example, about 6 dB. As a result, certain directional characteristics of, for example, an antenna array connected to the lead-out points of a conventional beamforming structure can be achieved only insufficiently, if the desired direction for maximum signal radiation or signal reception in the region of the intersection 6 lies.

2c zeigt eine Ausprägung von 16 benachbarten Beams mit jeweils einem wünschenswerten Winkelabstand zwischen benachbarten Beams. Eine solche Ausprägung kann mit der Einspeisungslösung aus 2a nicht erzielt werden. 2c shows an expression of 16 adjacent beams, each with a desirable angular distance between adjacent beams. Such an expression can be made with the feed solution 2a can not be achieved.

Die Druckschrift EP 1 679 525 A1 zeigt eine Antennenspeiseschaltung für ein Antennenarray, eine Beamformer-Schaltung, eine Beam-Kombiniererschaltung und eine Beam-Auswahlschaltung. Leistungsteiler und Leistungskombinierer sind in einem komplizierten Netzwerk miteinander verbunden und an die Beam-Auswahlschaltung angeschlossen, um Strahlungskeulen des Antennenarrays variieren zu können.The publication EP 1 679 525 A1 shows an antenna feed circuit for an antenna array, a beamformer circuit, a beam combiner circuit and a beam selection circuit. Power dividers and power combiners are interconnected in a complex network and connected to the beam select circuit to vary radiation lobes of the antenna array.

Die Druckschrift US 2015 0180590 A1 offenbart eine Schaltung mit einem Kopplerelement, das ein Sendesignal an einem Eingangsanschluss entgegennimmt und eine erste Verkörperung des Sendesignals an einem Antennenanschluss und eine zweite Verkörperung des Sendesignals an einem Testanschluss bereitstellt.The publication US 2015 0180590 A1 discloses a circuit having a coupler element that receives a transmit signal at an input port and provides a first embodiment of the transmit signal at an antenna port and a second embodiment of the transmit signal at a test port.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Beamforming-Struktur, eine Antennenanordnung mit einer Beamforming-Struktur oder eine Sende- und/oder Empfangsvorrichtung mit einer Beamforming-Struktur anzugeben, wobei das erzielbare Abstrahlverhalten einer mit der Beamforming-Struktur verbundenen Antennenanordnung verbessert ist.It is an object of the present disclosure to provide a beamforming structure, an antenna arrangement with a beamforming structure or a transmitting and / or receiving device with a beamforming structure, wherein the achievable radiation behavior of an antenna arrangement connected to the beamforming structure is improved.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Beamforming-Struktur mit den Merkmalen desAnspruchs 1, eine Antennenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 bzw. eine Sende und/oder Empfangsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12.The object is achieved by a beamforming structure having the features of claim 1, an antenna arrangement having the features of claim 11 or a transmitting and / or receiving device having the features of claim 12.

Gemäß einem Aspekt weist eine Beamforming-Struktur eine Mehrzahl von Einspeisepunkten zum Einspeisen von elektromagnetischer Energie und eine Mehrzahl von Herausleitungspunkten zum Herausleiten von elektromagnetischer Energie auf. Räumlich zwischen der Mehrzahl von Einspeisepunkten und der Mehrzahl von Herausleitungspunkten ist ein Energie-Ausbreitungsbereich vorgesehen. Die Beamforming-Struktur weist ferner eine Einspeiseanordnung auf. Die Einspeiseanordnung ist dazu konfiguriert, elektromagnetische Energie in mindestens drei aufeinanderfolgende Einspeisepunkte einzuspeisen. Die Einspeiseanordnung weist mindestens einen Leistungskombinierer mit einem Ausgang auf. Der Ausgang des Leistungskombinierers ist mit einem nicht-peripheren Einspeisepunkt der mindestens drei aufeinanderfolgenden Einspeisepunkte verbunden.In one aspect, a beamforming structure includes a plurality of feed points for injecting electromagnetic energy and a plurality of lead-out points for conducting electromagnetic energy. Spatially between the plurality of entry points and the plurality of exit points, an energy propagation area is provided. The beamforming structure further includes a feeder arrangement. The feed arrangement is configured to feed electromagnetic energy into at least three consecutive feed points. The feed arrangement has at least one power combiner with one output. The output of the power combiner is connected to a non-peripheral feed point of the at least three consecutive feed-in points.

Aufeinanderfolgende Einspeisepunkte sind unmittelbar benachbart, ohne dass dazwischen ein nicht genutzter Einspeisepunkt vorhanden wäre. Beispielsweise sind einige oder sämtliche Einspeisepunkte der Beamforming-Struktur äquidistant angeordnet, z. B. in einem gleichförmigen Winkelabstand bzw. Winkel-Rastermaß. Der Abstand, typischerweise Winkelabstand, zwischen dem ersten und dem zweiten Einspeisepunkt dreier aufeinanderfolgender Einspeisepunkte ist dann genauso groß wie der Abstand, typischerweise Winkelabstand, zwischen dem zweiten und dem dritten Einspeisepunkt der drei aufeinanderfolgenden Einspeisepunkte, usw.Successive feed-in points are immediately adjacent without an unused feed-in point in between. For example, some or all feed points of the beamforming structure are arranged equidistantly, e.g. B. in a uniform angular distance or angle grid. The distance, typically angular distance, between the first and second feed points of three successive feed points is then the same as the distance, typically angular distance, between the second and third feed points of the three successive feed points, and so on.

Die jeweils äußersten Einspeisepunkte bei aufeinanderfolgenden Einspeisepunkten bilden periphere Einspeisepunkte. Wenn in einem beispielhaften Fall sämtliche Einspeisepunkte der Beamforming-Struktur als aufeinanderfolgende Einspeisepunkte betrachtet bzw. verwendet werden, bilden demnach der erste Einspeisepunkt und der letzte Einspeisepunkt in der Abfolge von Einspeisepunkten jeweils einen peripheren Einspeisepunkt. Es ist jedoch auch denkbar, eine beliebige Anzahl einer Abfolge von Einspeisepunkten, die kleiner ist als die Anzahl sämtlicher Einspeisepunkte der Beamforming-Struktur, als die aufeinanderfolgenden Einspeisepunkte zu betrachten, bis zu einer minimalen Anzahl von drei Einspeisepunkten in einer Abfolge. Entsprechend bildet jeder Einspeisepunkt der jeweils betrachteten bzw. verwendeten aufeinanderfolgenden Einspeisepunkte, der von den jeweils äußersten Einspeisepunkten verschieden ist, einen nicht-peripheren Einspeisepunkt.The outermost entry points at successive entry points form peripheral entry points. Thus, in an exemplary case, if all the feed points of the beamforming structure are considered to be successive feed points, then the first feed point and the last feed point in the sequence of feed points will each form a peripheral feed point. However, it is also conceivable to consider any number of a sequence of entry points smaller than the number of all the feed points of the beamforming structure, as the successive entry points, up to a minimum of three entry points in a sequence. Accordingly, each entry point forms the respectively considered or used successive entry points, that of the outermost respectively Entry points, a non-peripheral entry point.

Soweit nicht anders ausgedrückt, wird unter dem Begriff „verbinden“, „verbunden“ bzw. „Verbindung“ hierin eine unmittelbare elektrotechnische Verbindung bzw. Verschaltung verstanden, d. h. ohne Einfügung eines Elements in den jeweiligen Verbindungspfad, das das Verhalten der übertragenen Energie maßgeblich beeinflusst. Insbesondere ist unter den erwähnten Begriffen eine direkte, eine die transportierte elektromagnetische Energie nicht maßgeblich dämpfende, beeinflussende oder abzweigende/kombinierende Verbindung gemeint, beispielsweise eine Leitung im Sinne der elektrotechnischen Leitungstheorie, die bezogen auf die Wellenlänge der darin zu transportierenden elektromagnetischen Signalenergie vernachlässigbar kurz und/oder vernachlässigbar dämpfend ist. Verbundene Elemente, wie hierin verwendet, sind - soweit nicht anders ausgedrückt - entsprechend direkt miteinander verschaltet oder direkt aneinander angeschlossen.Unless otherwise stated, the term "connect", "connected" or "connection" herein means an immediate electrical connection, ie. H. without inserting an element into the respective connection path that significantly influences the behavior of the transmitted energy. In particular, among the terms mentioned a direct, a transporting electromagnetic energy is not significantly attenuating, influencing or branching / combining compound meant, for example, a line in terms of electrical line theory, based on the wavelength of the electromagnetic signal energy to be transported negligibly short and / or negligibly attenuating. Associated elements, as used herein, are connected directly to each other, unless otherwise stated, or directly connected to each other.

Typischerweise erfolgt bei der hierin beschriebenen Beamforming-Struktur eine Einspeisung von elektromagnetischer Energie - eines Hochfrequenzsignals - als mindestens zwei kombinierte Einspeisungen in die mindestens drei aufeinanderfolgenden Einspeisepunkte, wobei der nicht-periphere Einspeisepunkt, der mit dem Ausgang des mindestens einen Leistungskombinierers verbunden ist, doppelt genutzt wird.Typically, in the beamforming structure described herein, an injection of electromagnetic energy - a radio frequency signal - as at least two combined feeds into the at least three consecutive feed points occurs, with the non-peripheral feed point connected to the output of the at least one power combiner being used twice becomes.

Beispielsweise ist ein erster Eingang des mindestens einen Leistungskombinierers mit einem ersten Ausgang eines ersten Leistungsteilers verbunden. Ein zweiter Ausgang des ersten Leistungsteilers ist mit einem der peripheren Einspeisepunkte der mindestens drei aufeinanderfolgenden Einspeisepunkte verbunden. Ein zweiter Eingang des mindestens einen Leistungskombinierers ist mit einem ersten Ausgang eines zweiten Leistungsteilers verbunden. Ein zweiter Ausgang des zweiten Leistungsteilers ist mit dem anderen der peripheren Einspeisepunkte der mindestens drei aufeinanderfolgenden Einspeisepunkte verbunden. Ein Hochfrequenzsignal ist in die jeweiligen Eingänge des ersten bzw. des zweiten Leistungsteilers einspeisbar.For example, a first input of the at least one power combiner is connected to a first output of a first power divider. A second output of the first power divider is connected to one of the peripheral feed-in points of the at least three successive feed-in points. A second input of the at least one power combiner is connected to a first output of a second power divider. A second output of the second power divider is connected to the other of the peripheral feed-in points of the at least three successive feed-in points. A high-frequency signal can be fed into the respective inputs of the first and the second power divider.

Bei einer Einspeisung des Hochfrequenzsignals in den Eingang des ersten Leistungsteilers sind so der erste periphere Einspeisepunkt der Beamforming-Struktur und der nicht-periphere Einspeisepunkt, der mit dem betrachteten Leistungskombinier verbunden ist, in Verwendung. Bei einer Einspeisung des Hochfrequenzsignals in den Eingang des zweiten Leistungsteilers sind entsprechend der zweite periphere Einspeisepunkt der Beamforming-Struktur und der nicht-periphere Einspeisepunkt, der mit dem betrachteten Leistungskombinier verbunden ist, in Verwendung. Der nicht-periphere Einspeisepunkt, der mit dem betrachteten Leistungskombinier verbunden ist, wird demnach für beide Einkopplungen von elektromagnetischer Energie genutzt.When feeding the high-frequency signal into the input of the first power divider so the first peripheral feed point of the beamforming structure and the non-peripheral feed point, which is connected to the considered Leistungsombiniernier, in use. When feeding the high-frequency signal into the input of the second power divider, the second peripheral feed-in point of the beam-forming structure and the non-peripheral feed-in point connected to the considered power combiner are respectively in use. The non-peripheral feed-in point associated with the considered power combiner is thus used for both injections of electromagnetic energy.

Die beschriebene Anordnung lässt sich entsprechend auf eine Abfolge von mehr als drei aufeinanderfolgenden Einspeisepunkten erweitern, so dass die Einspeiseanordnung ein Netzwerk aus Leistungskombinierern, die jeweils an den nicht-peripheren Einspeisepunkten vorgesehen sind, und Leistungsteilern bildet. Die im Netzwerk innenliegenden Leistungsteiler speisen jeweils die Leistungskombinierer. Die im Netzwerk beiden außenliegenden Leistungsteiler speisen jeweils einen Leistungskombinierer und einen peripheren Einspeisepunkt.The described arrangement can be extended accordingly to a sequence of more than three successive feed-in points, so that the feed arrangement forms a network of power combiners, each provided at the non-peripheral feed-in points, and power dividers. The power dividers inside the network each feed the power combiners. The two external power dividers in the network each feed a power combiner and a peripheral feed-in point.

Im Vergleich zu der herkömmlichen Beamforming-Struktur ergibt sich durch die Doppelnutzung eines Einspeisepunkts, der mit einem Leistungskombinierer versehen ist, ein realisierbarer Winkelabstand von α/2, d. h. zwei benachbarte Beams liegen erheblich näher beieinander. Dadurch kann eine verbesserte Richtcharakteristik bzw. Richtungsauswahl einer mit der Beamforming-Struktur verbundenen Antennenanordnung erzielt werden. Der Leistungsabfall im Schnittpunkt zweier benachbarter Beams ist besser als 6 dB, beispielsweise beträgt er nur noch ca. 3 dB.Compared to the conventional beamforming structure, the double use of a feed-in point provided with a power combiner gives a feasible angular separation of α / 2, d. H. two adjacent beams are much closer to each other. As a result, an improved directional characteristic or directional selection of an antenna arrangement connected to the beamforming structure can be achieved. The power loss at the intersection of two adjacent beams is better than 6 dB, for example, it is only about 3 dB.

Es ist eine Amplitudenbelegung eines angeschlossenen Antennenarrays mit einem gewünschten Nebenkeulen-Pegel bei stärkerem Abfall der einzelnen Elemente des Antennenarrays erzielbar, wobei der Winkelabstand zwischen zwei Beams vorteilhaft verbessert ist.It is an amplitude assignment of a connected antenna array with a desired sidelobe level at greater waste of the individual elements of the antenna array achievable, the angular distance between two beams is advantageously improved.

Weitere Aspekte, Merkmale und Ausführungsformen ergeben sich aus der weiteren Beschreibung, den abhängigen Ansprüchen und den Zeichnungen.Further aspects, features and embodiments will become apparent from the further description, the dependent claims and the drawings.

Typischerweise ist der mindestens eine Leistungskombinierer ein symmetrischer Leistungskombinierer, vorzugsweise mit einem Ausgang und zwei Eingängen. Analog ist ein in der Einspeiseanordnung verwendeter Leistungsteiler ein symmetrischer Leistungsteiler, vorzugsweise mit einem Eingang und zwei Ausgängen. Bei symmetrischen Leistungskombinierer bzw. symmetrischen Leistungsteilern erfolgt eine Aufteilung/Kombination des zugeführten HF-Signals (der zugeführten HF-Signale) auf symmetrische Weise, d. h. mit einem Leistungsanteil von jeweils ca. 50%. Bei Ausführungsformen weist die Einspeiseanordnung mindestens einen symmetrischen Leistungskombinierer und mindestens zwei symmetrische Leistungsteiler auf. Bei weiteren Ausführungsformen sind sämtliche Leistungskombinierer und Leistungsteiler jeweils symmetrische Leistungskombinierer bzw. Leistungsteiler.Typically, the at least one power combiner is a balanced power combiner, preferably with one output and two inputs. Analogously, a power divider used in the feed arrangement is a symmetrical power divider, preferably with one input and two outputs. In the case of balanced power combiners or symmetrical power splitters, the distribution / combination of the supplied RF signal (the supplied RF signals) takes place in a symmetrical manner, ie. H. with a performance share of approx. 50% each. In embodiments, the feed arrangement comprises at least one balanced power combiner and at least two balanced power dividers. In further embodiments, all of the power combiners and power dividers are each symmetrical power combiners or power dividers.

Es ist auch möglich, einen oder mehrere Leistungskombinierer als unsymmetrische Leistungskombinierer auszubilden. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, einen oder mehrere Leistungsteiler als unsymmetrische Leistungsteiler auszubilden. Bei der Verwendung unsymmetrischer Leistungskombinierer bzw. Leistungsteiler ist es möglich, die Amplitudenverteilung benachbarter Beams an ein gewünschtes Muster anzupassen, beispielsweise um den Pegel eines Beams relativ zum Pegel eines anderen, gleichzeitig erzeugten Beams anzupassen und die Richtcharakteristik zu beeinflussen. It is also possible to design one or more power combiners as unbalanced power combiners. Alternatively or additionally, it is also possible to design one or more power dividers as unbalanced power dividers. When using unbalanced power combiners or power dividers, it is possible to adapt the amplitude distribution of adjacent beams to a desired pattern, for example to adjust the level of one beam relative to the level of another, simultaneously generated beam and to influence the directional characteristic.

Bei Ausführungsformen ist der Leistungskombinierer als Wilkinson-Kombinierer ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist ein verwendeter Leistungsteiler als Wilkinson-Teiler ausgebildet. Symmetrisch wirkende Leistungskombinierer bzw. Leistungsteiler können als symmetrische Wilkinson-Teiler ausgebildet sein, während unsymmetrisch wirkende Leistungskombinierer bzw. Leistungsteiler als asymmetrische Wilkinson-Teiler ausgebildet sein können. Wilkinson-Teiler bzw. Wilkinson-Kombinierer lassen sich in einem einfachen Aufbau realisieren, beispielsweise als Microstrip-Strukturen einer oder mehrerer Leiterplattenschichten.In embodiments, the power combiner is configured as a Wilkinson combiner. Alternatively or additionally, a power divider used is designed as a Wilkinson divider. Symmetrically acting power combiners or power dividers can be designed as symmetrical Wilkinson splitters, while asymmetrically acting power combiners or power dividers can be designed as asymmetric Wilkinson dividers. Wilkinson dividers and Wilkinson combiners can be implemented in a simple structure, for example as microstrip structures of one or more printed circuit board layers.

Bei Ausführungsformen ist jeweils ein Ausgang zweier benachbarter Leistungsteiler mit jeweils einem Eingang des gleichen Leistungskombinierers verbunden. Im Falle von symmetrischen Leistungsteilern und Leistungskombinierer ist jeweils ein Ausgang zweier benachbarter symmetrischer Leistungsteiler mit jeweils einem Eingang des gleichen symmetrischen Leistungskombinierers verbunden.In embodiments, in each case one output of two adjacent power dividers is connected to one input of the same power combiner. In the case of symmetrical power dividers and power combiner, in each case one output of two adjacent symmetrical power dividers is connected to one input of the same balanced power combiner.

Bei Ausführungsformen weist jeder Leistungskombinierer zwei symmetrische Eingänge auf, wobei jeder Eingang eines jeden Leistungskombinierers mit einem Ausgang eines Leistungsteilers verbunden ist. Auf diese Weise ist es besonders einfach möglich, ein Netzwerk aus Leistungskombinierern und Leistungsteilern, die zusammen die Einspeiseanordnung bilden, also ein Kombinationsnetzwerk, flexibel an einen Anwendungsfall der Einspeiseanordnung anzupassen. Je nach Anforderung bzw. Bedürfnis können so unterschiedliche Anzahlen von Einspeisungen zusammengefasst werden, wobei der realisierbare Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Beams α/2 oder mehr betragen kann. Winkelabstände, die kleiner als α/2 sind, werden durch ein Kombinationsnetzwerk realisiert, das mehr Einspeisepunkte als Herausleitungspunkte hat.In embodiments, each power combiner has two balanced inputs, with each input of each power combiner connected to an output of a power divider. In this way, it is particularly easy to flexibly adapt a network of power combiners and power dividers, which together form the feed arrangement, ie a combination network, to a use case of the feed arrangement. Depending on the requirement or need so different numbers of feeds can be summarized, wherein the feasible angular distance between two adjacent beams α / 2 or can be more. Angular distances smaller than α / 2 are realized through a combination network that has more entry points than exit points.

Bei Ausführungsformen weist die Beamforming-Struktur ferner eine Gruppe aufeinanderfolgender Einspeisepunkte auf, in welche elektromagnetische Energie eingespeist werden soll. Jeder nicht-periphere Einspeisepunkt der Gruppe ist mit dem Ausgang jeweils eines Leistungskombinierers verbunden. Auf diese Weise ist jeder nicht-periphere Einspeisepunkt der Gruppe doppelt nutzbar, also sowohl für einen ersten Beam, als auch für einen unmittelbar benachbarten zweiten Beam, je nach Auswahl der Einspeisung. Dadurch kann die Beamforming-Struktur im Bereich der Gruppe optimal genutzt werden. Die Gruppe kann beispielsweise auch sämtliche Einspeisepunkte der Beamforming-Struktur umfassen.In embodiments, the beamforming structure further comprises a group of successive feed points into which electromagnetic energy is to be fed. Each non-peripheral feed point of the group is connected to the output of a power combiner each. In this way, each non-peripheral feed point of the group is doubly usable, both for a first beam and for an immediately adjacent second beam, depending on the selection of the feed. As a result, the beamforming structure in the area of the group can be optimally utilized. For example, the group may also include all feed points of the beamforming structure.

Bei Ausführungsformen ist die Einspeiseanordnung als Strukturen einer Leiterplattenschicht oder mehrerer Leiterplattenschichten ausgebildet. Typischerweise sind die Strukturen Streifenleitungen, d. h. die Strukturen sind in Microstrip-Technik ausgebildet. Solche Strukturen sind einfach und kostengünstig herstellbar.In embodiments, the feed arrangement is formed as structures of a printed circuit board layer or of a plurality of printed circuit board layers. Typically, the structures are strip lines, i. H. the structures are formed in microstrip technology. Such structures are simple and inexpensive to produce.

Der Energie-Ausbreitungsbereich kann ebenfalls als Struktur einer Leiterplattenschicht ausgebildet sein, d. h. die elektromagnetische Welle breitet sich zwischen den jeweils kombinierten Einspeisepunkten, in welche das Hochfrequenzsignal eingespeist wird, und den zugehörigen Herausleitungspunkten in einer Leiterstruktur auf bzw. in einer Schicht der Leiterplatte aus.The energy propagation region may also be formed as a structure of a circuit board layer, i. H. the electromagnetic wave propagates between the respective combined feed-in points into which the high-frequency signal is fed, and the associated lead-out points in a conductor structure on or in a layer of the printed circuit board.

Es ist auch möglich, dass der Energie-Ausbreitungsbereich zumindest teilweise in Hohlleitertechnik ausgebildet ist, insbesondere, wenn eine entsprechende Antennenstruktur gespeist werden soll, bei welcher ein Übergang auf die Hohlleitertechnik bereits im Energie-Ausbreitungsbereich vorteilhaft ist. Beispielsweise kann die Einspeiseanordnung als Leiterplattenstruktur ausgebildet sein und einen Übergang in die Hohlleitertechnik des Energie-Ausbreitungsbereichs vorsehen.It is also possible for the energy propagation region to be formed at least partially in waveguide technology, in particular if a corresponding antenna structure is to be fed, in which a transition to waveguide technology is already advantageous in the energy propagation region. For example, the feed arrangement can be formed as a printed circuit board structure and provide a transition to the waveguide technique of the energy propagation region.

Gemäß einem weiteren Aspekt weist eine Antennenanordnung eine hierin beschriebene Beamforming-Struktur und ein Antennenarray auf. Die Array-Elemente des Antennenarrays sind jeweils mit der Mehrzahl von Herausleitungspunkten der Beamformingstruktur verbunden.In another aspect, an antenna assembly includes a beamforming structure and an antenna array described herein. The array elements of the antenna array are respectively connected to the plurality of lead-out points of the beamforming structure.

Gemäß einem weiteren Aspekt weist eine Sende- und/oder Empfangsvorrichtung eine hierin beschriebene Beamforming-Struktur auf. Die Mehrzahl von Herausleitungspunkten der Beamforming-Struktur der Sende- und/oder Empfangsvorrichtung sind beispielsweise mit Array-Elementen eines Antennenarray verbunden. Die Sende- und/oder Empfangsvorrichtung weist ferner eine Hochfrequenz-Verarbeitungseinheit auf. Die Hochfrequenz-Verarbeitungseinheit ist dazu angepasst, der Einspeiseanodnung der Beamforming-Struktur zum Senden Hochfrequenzenergie zuzuführen bzw. aus der Einspeiseanodnung der Beamforming-Struktur zum Empfangen Hochfrequenzenergie zu entnehmen.According to a further aspect, a transmitting and / or receiving device has a beamforming structure described herein. The plurality of lead-out points of the beamforming structure of the transmitting and / or receiving device are connected, for example, to array elements of an antenna array. The transmitting and / or receiving device further comprises a high-frequency processing unit. The high-frequency processing unit is adapted to supply radio frequency energy to the beamforming structure for transmission or to extract it from the power source arrangement of the beamforming structure for receiving high-frequency energy.

Figurenliste list of figures

Im Folgenden werden Ausführungsformen, deren Merkmale passend kombiniert oder angemessen ausgelassen werden könne, anhand von Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine Draufsicht auf eine planare Beamforming-Struktur zur Erläuterung der Ausführungsformen;
2a einen Ausschnitt einer Draufsicht auf eine herkömmliche Beamforming-Struktur gemäß 1, mit zusätzlichen Elementen;
2b einen Graphen, der die Amplituden von Beams in Abhängigkeit vom Winkel zeigt, bei einer Antennenanordnung, die mit der herkömmlichen Beamforming-Struktur aus 2a gespeist wird;
2c einen Graphen, der ein Beispiel für einen erwünschten Verlauf der Amplituden von Beams in Abhängigkeit von Winkel zeigt;
3a einen Ausschnitt einer Draufsicht auf eine Beamforming-Struktur gemäß einer Ausführungsform;
3b einen Graphen, der die Amplituden von Beams in Abhängigkeit vom Winkel zeigt, bei einer Antennenanordnung, die mit der Beamforming-Struktur gemäß der Ausführungsform aus 3a gespeist wird;
4 einen Ausschnitt einer Draufsicht auf eine Beamforming-Struktur gemäß einer weiteren Ausführungsform;
5 einen Ausschnitt einer Draufsicht auf eine Beamforming-Struktur gemäß einer weiteren Ausführungsform;
6 einen Ausschnitt einer Draufsicht auf eine Beamforming-Struktur gemäß einer weiteren Ausführungsform;
7 einen Ausschnitt einer perspektivischen Ansicht einer Beamforming-Struktur gemäß einer weiteren Ausführungsform.

Hereinafter, embodiments whose features can be suitably combined or adequately omitted are explained in more detail with reference to drawings. In the drawings show:

1 a plan view of a planar beamforming structure for explaining the embodiments;
2a a section of a plan view of a conventional beamforming structure according to 1 , with additional elements;
2 B a graph showing the amplitudes of beams as a function of angle, in an antenna array, with the conventional beamforming structure out 2a is fed;
2c a graph showing an example of a desired course of the amplitudes of beams as a function of angle;
3a a detail of a plan view of a beam forming structure according to an embodiment;
3b a graph showing the amplitudes of beams as a function of angle, in an antenna arrangement, with the beam-forming structure according to the embodiment of 3a is fed;
4 a detail of a plan view of a beam forming structure according to another embodiment;
5 a detail of a plan view of a beam forming structure according to another embodiment;
6 a detail of a plan view of a beam forming structure according to another embodiment;
7 a detail of a perspective view of a beam forming structure according to another embodiment.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF EMBODIMENTS

1 zeigt eine Draufsicht auf eine planare Beamforming-Struktur zur Erläuterung der Ausführungsformen. Eine Mehrzahl von sechszehn Einspeisepunkten a-p ist einer Mehrzahl von sechzehn zugehörigen Herausleitungspunkten A-P gegenüberliegend angeordnet. zwischen den Einspeisepunkten a-p und den Herausleitungspunkten A-P ist ein Energie-Ausbreitungsbereich 10 vorgesehen. 1 shows a plan view of a planar beamforming structure for explaining the embodiments. A plurality of sixteen entry points a - p is a plurality of sixteen associated lead-out points A - P arranged opposite. between the entry points a - p and the lead-out points A - P is an energy propagation area 10 intended.

Mit jedem der Herausleitungspunkte A-P ist beispielsweise ein Element eines Antennenarrays verbindbar oder verbunden. Einer oder mehrere der Einspeisepunkte a-p ist mit einer Sende- und/oder Empfangsvorrichtung verbindbar oder verbunden, die hochfrequenzmäßig unter Zuhilfenahme der Beamforming-Struktur an das Antennenarray angekoppelt werden soll. Hochfrequenz, wie hierin verwendet, ist beispielsweise eine Frequenz zwischen 50 MHz und 500 GHz. Je nachdem, aus welcher Richtung des Antennenarrays vorzugsweise elektromagnetische Wellen empfangen werden sollen bzw. in welche Richtung des Antennenarrays vorzugsweise elektromagnetische Wellen gesendet werden sollen, wird einer der Einspeisepunkte a-p zur Ankopplung an die Sende- und/oder Empfangsvorrichtung ausgewählt.With each of the lead points A - P For example, an element of an antenna array can be connected or connected. One or more of the feed points ap can be connected or connected to a transmitting and / or receiving device which is to be coupled to the antenna array in terms of radio frequency with the aid of the beamforming structure. Radio frequency, as used herein, is for example a frequency between 50 MHz and 500 GHz. Depending on which direction of the antenna array preferably electromagnetic waves are to be received or in which direction of the antenna array preferably electromagnetic waves are to be sent, is one of the feed points a - p selected for coupling to the transmitting and / or receiving device.

2a zeigt einen Ausschnitt einer Draufsicht auf eine herkömmliche Beamforming-Struktur analog zu 1, die mit einer Beschaltung aus Leistungsteilern 2-1, 2-2 versehen ist, die ein herkömmliches Kombinationsnetzwerk bilden. Die Einspeisepunkte k, l der Beamforming-Struktur werden mittels des Leistungsteilers 2-1 kombiniert und auf einen gemeinsamen Eingang geführt. Entsprechend werden die Einspeisepunkte m, n der Beamforming-Struktur mittels des Leistungsteilers 2-2 kombiniert und auf einen gemeinsamen Eingang geführt. 2a shows a section of a plan view of a conventional beamforming structure analogous to 1 that with a wiring of power dividers 2-1 . 2-2 provided that form a conventional combination network. The entry points k . l the beamforming structure are by means of the power divider 2 - 1 combined and led to a common entrance. Accordingly, the entry points m . n the beamforming structure by means of the power divider 2-2 combined and led to a common entrance.

Bei Einspeisung eines Hochfrequenzsignals in den Leistungsteiler 2-1 ist in dem zugehörigen Diagramm in 2b ein Beam 5-1 erzielbar, der eine maximale Leistungsamplitude P bei einem bestimmten Winkel ρ1 hat. Entsprechend ergibt sich bei Einspeisung eines Hochfrequenzsignals in den Leistungsteiler 2-2 in 2b ein Beam 5-2 erzielbar, der bei gleicher Signalleistung (und gleichartigen Leistungsteilern 2-1, 2-2) eine maximale Leistungsamplitude P bei einem bestimmten Winkel p2 hat. Die Differenz p2- ρ1 entspricht einem Winkel α zwischen einer Kombination von Einspeisepunkten k, l und einer benachbarten Kombination von Einspeisepunkten m, n in 2a.When a high-frequency signal is fed into the power divider 2-1 is in the associated diagram in 2 B a beam 5-1 achievable, the maximum power amplitude P at a certain angle ρ 1 has. Accordingly results in feeding a high-frequency signal in the power divider 2-2 in 2 B a beam 5-2 achievable, with the same signal power (and similar power dividers 2-1 . 2-2 ) a maximum power amplitude P at a certain angle p2 Has. The difference p2 - ρ1 corresponds to an angle α between a combination of entry points k . l and an adjacent combination of entry points m . n in 2a ,

Im Berührungspunkt bzw. Schnittpunkt 6 zwischen dem Beam 5-1 und dem Beam 5-2 beträgt der Leistungsabfall beispielsweise typischerweise ca. 6 dB, was einen erheblichen Leistungsverlust in der Richtcharakteristik bei dem Winkel p entspricht, der im Bereich des Schnittpunkts 6 liegt. Ein Beamdiagramm mit einem wünschenswerten bzw. gegenüber dem Diagramm aus 2b vorteilhaften Verlauf ist in 2c gezeigt. Der Leistungsabfall zwischen jeweils zwei benachbarten Beams beträgt in 2c nur ca. 3 dB. Ein solcher Verlauf kann mit dem Kombinationsnetzwerk aus 2a nicht erzielt werden.At the point of contact or intersection 6 between the beam 5-1 and the beam 5-2 For example, the power loss is typically about 6 dB, which corresponds to a significant power loss in the directional characteristic at the angle p, which is in the region of the point of intersection 6 lies. A beam diagram with a desirable or versus the diagram 2 B favorable course is in 2c shown. The power drop between each two adjacent beams is in 2c only about 3 dB. Such a course can be done with the combination network 2a can not be achieved.

3a zeigt einen Ausschnitt einer Draufsicht auf eine Beamforming-Struktur gemäß einer Ausführungsform. In 3a wird von drei aufeinanderfolgenden Einspeisepunkten k, l, m der nicht-periphere Einspeisepunkt l sowohl bei einer Einspeisung eines Hochfrequenz-Signals in einen Leistungsteiler 12-1, als auch bei einer Einspeisung eines Hochfrequenz-Signals in einen Leistungsteiler 12-2 verwendet. Hierzu ist an einer Einspeiseanordnung zum Einspeisen des Hochfrequenzsignals in die aufeinanderfolgenden Einspeisepunkte k, l, m ein Leistungskombinierer 13-1 vorgesehen, dessen Ausgang mit dem Einspeisepunkt l verbunden ist. 3a shows a detail of a plan view of a beam forming structure according to an embodiment. In 3a is made up of three consecutive entry points k . l . m the non-peripheral feed-in point l both when a high-frequency signal is fed into a power divider 12-1 , as well as when a high-frequency signal is fed into a power divider 12-2 used. This is due to a feed arrangement for feeding the high-frequency signal into the successive feed-in points k . l . m a power combiner 13-1 provided, whose output with the feed point l connected is.

Bei den dargestellten Ausführungsformen sind sämtliche Leistungsteiler und Leistungskombinierer jeweils als symmetrische Wilkinson-Teiler bzw. Wilkinson-Kombinierer ausgebildet. Die Offenbarung ist nicht auf symmetrische Leistungsteiler bzw. Leistungskombinierer beschränkt. Beispielsweise können auch einige oder alle Leistungsteiler als unsymmetrische Wilkinson-Teiler ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können einige oder alle Leistungskombinierer als unsymmetrische Wilkinson-Kombinierer ausgebildet sein. Die Wilkinson-Teiler bzw. Wilkinson-Kombinierer können vorteilhaft als einfach zu realisierende Leiterplattenstrukturen ausgebildet sein. Bei einem Wilkinson-Teiler wird vorteilhaft der Weg der elektromagnetischen Energie quer zum Teiler unterdrückt. Ein Signal am Eingang eines symmetrischen Teilers wird symmetrisch, d. h. mit etwa 50%, auf die beiden Ausgänge aufgeteilt; die Querrichtung ist allerdings stark gedämpft, typischerweise um 20 bis 30 dB pro Teilerstufe.In the illustrated embodiments, all power dividers and power combiners are each configured as Wilkinson symmetric splitter and Wilkinson combiners, respectively. The disclosure is not limited to balanced power dividers or power combiners. For example, some or all power dividers can be designed as asymmetrical Wilkinson dividers. Alternatively or additionally, some or all of the power combiners may be implemented as unbalanced Wilkinson combiners. The Wilkinson splitter or Wilkinson combiner can be advantageously designed as easy-to-implement printed circuit board structures. In a Wilkinson divider, the path of the electromagnetic energy across the divider is advantageously suppressed. A signal at the input of a balanced divider becomes symmetric, i. H. with about 50%, split on the two outputs; however, the transverse direction is heavily attenuated, typically around 20 to 30 dB per divider stage.

Die mittlere Einspeisung l wird demnach doppelt genutzt. Die Leistungsteiler 12-1, 12-2 dienen als logische Anschlüsse bzw. logische Ports für die Beamforming-Struktur.The average feed I is therefore used twice. The power dividers 12-1 . 12-2 serve as logical ports or logical ports for the beamforming structure.

Ein Diagramm analog zu 2b für die Ausführungsform gemäß 3a ist in 3b gezeigt. Bei Einspeisung in den Eingang des Leistungsteilers 12-1 verzweigt sich das Hochfrequenzsignal symmetrisch auf die Einspeisepunkte k und l, und es ergibt sich bei einem Winkel ρ1 ein Beam 15-1. Entsprechend verzweigt sich bei Einspeisung in den Eingang des Leistungsteilers 12-2 das Hochfrequenzsignal symmetrisch auf die Einspeisepunkte l und m, und es ergibt sich bei einem Winkel p2 ein Beam 15-2. Der Winkelabstand ρ2- ρ1 entspricht im Vergleich zu der herkömmlichen Beamforming-Struktur aus 2a, 2b einem Winkel von α/2.A diagram analogous to 2 B for the embodiment according to 3a is in 3b shown. When fed into the input of the power divider 12-1 The high frequency signal branches symmetrically to the feed points k and l , and it turns out at an angle ρ1 a beam 15-1 , Accordingly, when fed into the input of the power divider branches 12-2 the high frequency signal is symmetrical to the feed points l and m, and it results at an angle p2 a beam 15-2 , The angular distance ρ2 - ρ1 is equivalent to the conventional beamforming structure 2a . 2 B an angle of α / 2.

Wie aus 3b weiter ersichtlich, ist der Überlappungsbereich der benachbarten Beams 15-1, 15-2 größer. Dementsprechend ist der Leistungsabfall im Schnittpunkt 16 zwischen den Beams 15-1 und 15-2 beispielsweise nur ca. 3 dB.How out 3b further apparent is the overlap area of the adjacent beams 15-1 . 15-2 greater. Accordingly, the power loss is at the intersection 16 between the beams 15-1 and 15-2 for example, only about 3 dB.

Die Einspeisungsanordnungen, also Kombinationsnetzwerke, aus Leistungsteilern 12-1, 12-2 usw. und Leistungskombinierern 13-1, 13-2 usw. lassen sich vorteilhaft weiter kombinieren und/oder an größeren Gruppen von Einspeisepunkten a-p der Beamforming-Struktur fortsetzen.The feed arrangements, ie combination networks, from power dividers 12-1 . 12-2 etc. and power combiners 13-1 . 13-2 etc. can be advantageously further combined and / or continue at larger groups of feed points ap of the beamforming structure.

4 zeigt beispielhaft wiederum drei aufeinanderfolgende Einspeisepunkte k, l, m, wobei der Ausgang eines Leistungskombinierers 13-1 mit dem Einspeisepunkt l verbunden ist. Wiederum sind, analog zu 3a, Leistungsteiler 12-1, 12-2 vorgesehen, deren jeweils einer Ausgang mit jeweils einem der Eingänge des Leistungskombinierers 13-1 verbunden sind. Die Eingänge der Leistungsteiler 12-1, 12-2 werden jedoch wiederum von einem Leistungsteiler 14-1 gespeist, so dass die Einspeisepunkte k, l, m in einem resultierenden Eingang zusammengefasst sind. 4 again shows, by way of example, three successive feed-in points k . l . m where the output of a power combiner 13-1 is connected to the feed point l. Again, analogous to 3a , Power dividers 12-1 . 12-2 provided, each having an output with one of the inputs of the Leistungscomombinierers 13-1 are connected. The inputs of the power dividers 12-1 . 12-2 However, turn from a power divider 14 - 1 fed, so the entry points k . l . m are summarized in a resulting input.

5 zeigt eine Verschaltung von einer Gruppe von fünf aufeinanderfolgenden Einspeisepunkten k, l, m, n, o. Es sind jeweils drei Einspeisungen k, l, m; l, m, n; m, n, o zusammengefasst, wobei die mittlere Einspeisung l, m, n doppelt verwendet wird, nämlich für eine Einspeisung in den Leistungsteiler 14-1 und für eine Einspeisung in den Leistungsteiler 14-2. Hier ist der realisierbare Winkelabstand α. 5 shows an interconnection of a group of five consecutive feed-in points k . l . m . n . O , There are three infeeds each k . l . m ; l . m . n ; m . n . O summarized, with the average feed l . m . n is used twice, namely for a feed into the power divider 14-1 and for a feed into the power divider 14-2 , Here is the realizable angular distance α ,

6 zeigt eine Verschaltung einer Gruppe von vier aufeinanderfolgenden Einspeisepunkten k, l, m, n. Es sind jeweils drei Einspeisungen k, l, m; l, m, n; zusammengefasst. Die beiden inneren Einspeisungen l, m werden doppelt verwendet, nämlich für eine Einspeisung in den Leistungsteiler 14-1 und für eine Einspeisung in den Leistungsteiler 14-2. Hier ist der realisierbare Winkelabstand α/2. 6 shows an interconnection of a group of four consecutive feed-in points k . l . m . n , There are three infeeds each k . l . m ; l . m . n ; summarized. The two internal inlets l, m are used twice, namely for feeding into the power divider 14-1 and for a feed into the power divider 14-2 , Here is the realizable angular distance α / 2.

7 zeigt einen Ausschnitt einer perspektivischen Ansicht einer Beamforming-Struktur gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Elemente 12-2, 13-1, 13-2 der Einspeiseanordnung sind als Leiterplattenstrukturen ausgebildet. Der Energie-Ausbreitungsbereich 10 ist in Hohlleitertechnik aufgebaut, wobei eine Übergangskopplung von der Leiterplatte in die Hohlleitertechnik erfolgt. Hohlleiterstrukturen haben typischerweise geringe Verluste und eignen sich gut zur Übertragung eines Hochfrequenzsignals. 7 shows a detail of a perspective view of a beam forming structure according to another embodiment. The Elements 12-2 . 13-1 . 13-2 the feed arrangement are formed as printed circuit board structures. The energy propagation area 10 is constructed in waveguide technology, wherein a transition coupling is made from the circuit board in the waveguide technology. Waveguide structures typically have low losses and are well suited for transmitting a high frequency signal.

Claims

Beamforming structure, having a plurality of feed points (ap) for feeding electromagnetic energy; a plurality of lead-out points (AP) for conducting out electromagnetic energy; an energy propagation area (10) spatially provided between the plurality of feed points (ap) and the plurality of lead out points (AP); a feed arrangement configured to feed electromagnetic energy into at least three consecutive feed points (k, l, m), wherein the feed arrangement comprises at least one power combiner (13-1, 13-2, 13-3) having an output, the output of the at least one power combiner (13-1, 13-2, 13-3) being connected to one of the outermost feed points different entry point (L) of the at least three consecutive feed points (k, l, m) is connected.

Beamforming structure after Claim 1 wherein the feed arrangement comprises at least two power dividers (12-1, 12-2, 12-3, 12-4).

Beamforming structure after Claim 2 wherein the power combiners (13-1, 13-2, 13-3) and / or the power dividers (12-1, 12-2, 12-3, 12-4) are designed as Wilkinson dividers.

Beamforming structure after Claim 2 or 3 , wherein in each case an output of two adjacent power dividers (12-1, 12-2, 12-3, 12-4) is connected to one input of the same power combiner (13-1, 13-2, 13-3).

Beamforming structure according to one of the preceding claims, wherein at least one power combiner (13-1, 13-2, 13-3) and / or at least one power divider (12-1, 12-2, 12-3, 12-4) symmetrical is trained.

Beamforming structure according to one of the preceding claims, further comprising a group of successive feed-in points (k, l, m, n, o) into which electromagnetic energy is to be fed, wherein each feed point (l, m, n) of the group other than the outermost feed points is connected to the output of each of a power combiner (13-1, 13-2, 13-3).

Beamforming structure after Claim 6 wherein each power combiner (13-1, 13-2, 13-3) comprises two balanced inputs, each input of each power combiner (13-1, 13-2, 13-3) being connected to an output of a power divider (12-1 , 12-2, 12-3, 12-4).

Beamforming structure according to one of the preceding claims, wherein the feed arrangement is formed as structures of one or more printed circuit board layers, Figs.

Beamforming structure after Claim 8 , wherein the structures are formed in microstrip technology.

Beamforming structure according to one of the preceding claims. wherein the energy propagation region is formed in waveguide technology.

Antenna arrangement, with: a beamforming structure according to any one of the preceding claims; an antenna array whose array elements are respectively connected to the plurality of lead-out points (A-P) of the beamforming structure.

Transmitting and / or receiving device with a high-frequency processing unit and a beam-forming structure according to one of Claims 1 to 9 wherein the high-frequency processing unit is adapted to supply radio frequency energy to the beamforming structure for transmission or to receive radiofrequency energy for reception from the beamforming structure's feed array.